KR20180098603A - Smile switches and electronic devices that use it - Google Patents
Smile switches and electronic devices that use it Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180098603A KR20180098603A KR1020187021299A KR20187021299A KR20180098603A KR 20180098603 A KR20180098603 A KR 20180098603A KR 1020187021299 A KR1020187021299 A KR 1020187021299A KR 20187021299 A KR20187021299 A KR 20187021299A KR 20180098603 A KR20180098603 A KR 20180098603A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal
- metal complex
- electrode
- porous polymer
- auxiliary agent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
- H10N70/24—Multistable switching devices, e.g. memristors based on migration or redistribution of ionic species, e.g. anions, vacancies
- H10N70/245—Multistable switching devices, e.g. memristors based on migration or redistribution of ionic species, e.g. anions, vacancies the species being metal cations, e.g. programmable metallization cells
-
- H01L45/14—
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0009—RRAM elements whose operation depends upon chemical change
- G11C13/0011—RRAM elements whose operation depends upon chemical change comprising conductive bridging RAM [CBRAM] or programming metallization cells [PMCs]
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0009—RRAM elements whose operation depends upon chemical change
- G11C13/0014—RRAM elements whose operation depends upon chemical change comprising cells based on organic memory material
- G11C13/0016—RRAM elements whose operation depends upon chemical change comprising cells based on organic memory material comprising polymers
-
- H01L45/1233—
-
- H01L45/16—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/50—Bistable switching devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
- H10K85/371—Metal complexes comprising a group IB metal element, e.g. comprising copper, gold or silver
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
- H10N70/021—Formation of switching materials, e.g. deposition of layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
- H10N70/041—Modification of switching materials after formation, e.g. doping
- H10N70/046—Modification of switching materials after formation, e.g. doping by diffusion, e.g. photo-dissolution
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
- H10N70/253—Multistable switching devices, e.g. memristors having three or more electrodes, e.g. transistor-like devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/821—Device geometry
- H10N70/823—Device geometry adapted for essentially horizontal current flow, e.g. bridge type devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/821—Device geometry
- H10N70/826—Device geometry adapted for essentially vertical current flow, e.g. sandwich or pillar type devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/841—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/841—Electrodes
- H10N70/8416—Electrodes adapted for supplying ionic species
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/883—Oxides or nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/884—Switching materials based on at least one element of group IIIA, IVA or VA, e.g. elemental or compound semiconductors
- H10N70/8845—Carbon or carbides
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
- G06N3/02—Neural networks
- G06N3/06—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons
- G06N3/063—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons using electronic means
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/10—Resistive cells; Technology aspects
- G11C2213/11—Metal ion trapping, i.e. using memory material including cavities, pores or spaces in form of tunnels or channels wherein metal ions can be trapped but do not react and form an electro-deposit creating filaments or dendrites
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/10—Resistive cells; Technology aspects
- G11C2213/15—Current-voltage curve
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/50—Resistive cell structure aspects
- G11C2213/52—Structure characterized by the electrode material, shape, etc.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
제1 전극, 제2 전극 및 다공성 고분자 금속 착체 도전체로 구성되는 미소 스위치이며, 상기 다공성 고분자 금속 착체 도전체가, 하기 식 (1)로 표시되고, 상기 제1 전극을 구성하는 금속과 상기 제2 전극을 구성하는 금속은, 산화 환원 전위가 다른 것을 특징으로 하는 미소 스위치.
[MLx]n(D)y
(1)
여기서, M은 원소 주기율표의 2 내지 13족에서 선택되는 금속 이온을 나타내고, L은 상기 M에 배위할 수 있는 관능기를 2개 이상 그 구조 내에 함유하여 2개의 상기 M과 가교할 수 있는 배위자를 나타내고, D는 금속 원소를 포함하지 않는 도전성 보조제를 나타낸다. x는 0.5 내지 4이고, y는 x 하나에 대하여 0.0001 내지 20이다. n은 [MLx]로 이루어지는 구성 단위의 반복수를 나타내고, n은 5 이상이다.A micro-switch comprising a first electrode, a second electrode and a porous polymer metal complex conductor, wherein the porous polymer metal complex conductor is represented by the following formula (1), and the metal constituting the first electrode and the second electrode Is different in oxidation-reduction potential.
[MLx]n(D)y
(One)
Wherein M represents a metal ion selected from Groups 2 to 13 of the Periodic Table of the Elements and L represents a ligand capable of forming two or more functional groups capable of coordinating to M and capable of crosslinking with two of M , And D represents a conductive auxiliary agent not containing a metal element. x is from 0.5 to 4, and y is from 0.0001 to 20 per x. n is [MLx], And n is 5 or more.
Description
본 발명은, 도전성 보조제를 함유한, 다공성 고분자 금속 착체(PCP: Porous Coordination Polymer)로 이루어지는 다공성 고분자 금속 착체 도전체 및 그것을 이용한 미소 스위치 그리고 그것을 이용한 전자 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to a porous polymer metal complex conductor made of a porous polymer metal complex (PCP: Porous Coordination Polymer) containing a conductive auxiliary agent, a micro switch using the same, and an electronic device using the same.
본원은, 2016년 1월 22일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2016-010864호 및 일본 특허 출원 제2016-010865호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.The present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2016-010864 and Japanese Patent Application No. 2016-010865 filed on January 22, 2016, the contents of which are incorporated herein by reference.
본원 명세서에서 사용하는 「스위치」란, 어떠한 방법으로 변해가는 것이 가능한 복수의 안정 상태를 갖고, 각각의 안정 상태를, 예를 들어 "0", "1"에 대응시킴으로써 데이터를 유지하는 기구를 의미한다. 미소한 스위치의 일종으로서 메모리가 있지만, 메모리의 일종인 DRAM(Dynamic Random Access Memory)이라면, 콘덴서가 충전된 상태와 빈 상태를, 플래시(Flash) 메모리라면 플로팅 게이트에 전하가 주입된 상태로 되어 있지 않은 상태를, 각각 "1", "0"에 대응시킴으로써 데이터 기억을 실현한다. 이들 미소 스위치류는 퍼스널 컴퓨터나 모바일기기 등의 기록 재료로서 널리 이용되고 있고, 미소 스위치류의 특성은, 그것들을 이용하는 기기의 성능을 결정할 만큼 중요한 작용을 담당하고 있다.As used herein, the term " switch " means a mechanism for holding data by having a plurality of stable states that can be changed by any method and associating each stable state with, for example, " 0 & do. In the case of DRAM (Dynamic Random Access Memory), which is a kind of memory, there is a memory as a kind of minute switch. In the case of a flash memory, charges are injected into the floating gate Quot; 1 " and " 0 ", respectively. These microswitches are widely used as recording materials for personal computers and mobile devices, and the characteristics of the microswitches play an important role in determining the performance of devices using them.
미소 스위치의 최대의 문제점은, 기존 재료에서는 특성 개선이 한계에 근접해 있다는 것이다. 미소 스위치의 특성 개선에는, 미세화의 방법이 널리 채용되고 있다. 이것은 미세화할수록, 소비 전력의 저감, 응답 속도의 향상, 고도의 집적화에 의한 고기능화, 소형 경량화가 가능해지기 때문이다. 미세화 방법으로서는 일반적으로는 포토리소그래피 기술이 이용되고 있지만, 본 기술도, 광의 파장이라고 하는 고유의 한계치가 있어, 현재 사용되고 있는 미소 스위치의 가일층의 소형화는 곤란하다고 알려져 있다. 또한, 전하가 플로팅 게이트에 들어 있는지 여부로 판단하는 방식을 채용하는 이상, 전자 수개로 판단하는 종래 방식에서는, 누설 패스의 존재에 따라 데이터가 상실되는 등의 문제가 불가피하며, 이 의미에서도 고성능화에 한계로 되어 있다. 고성능화의 방법으로서, 소자를 적층하는 방법이 검토되고 있지만, 당연히 적층화에는 고도의 기술이 필요하고, 수율의 저하, 제조 비용의 문제 등이 발생하고 있다.The greatest problem of the microswitches is that the improvement of characteristics in conventional materials is approaching the limit. In order to improve the characteristics of the microswitch, a method of miniaturization has been widely adopted. This is because the smaller the size, the lower the power consumption, the higher the response speed, the more highly integrated by the high integration, and the smaller and lighter. Photolithography is generally used as the micromachining method. However, this technique also has inherent limitations as the wavelength of light, and it is known that it is difficult to reduce the size of the monolithic microswitch currently used. In addition, in the conventional method of determining the number of electrons, it is inevitable that the data is lost in accordance with the existence of the leakage path, because it is determined whether or not the charge is contained in the floating gate. It is the limit. As a method for achieving high performance, a method of laminating devices has been studied, but naturally a high technique is required for lamination, and the yield is lowered and manufacturing costs are raised.
형상을 미세화해도 전류가 달아나지 않도록 하기 위해서, 질화막을 이용해서 차지의 누설을 방지하는 방법도 있지만, 전술한 광파장의 한계에 기인하는 포토리소그래피의 기술을 사용하는 이상, 미세화에는 한계가 있다.There is a method of preventing charge leakage by using a nitride film in order to prevent the current from escaping even if the shape is made finer. However, there is a limit to miniaturization as long as the technique of photolithography due to the limit of the light wavelength described above is used.
기존 재료의 미세화가 아니라, 신규 메커니즘을 사용하여, 보다 고성능인 스위치를 개발하는 움직임도 있다. 예를 들어 차세대의 플래시 메모리로서는, MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory), PRAM(Phase Change Random Access Memory), ReRAM(Resistance Random Access Memory)을 들 수 있다. MRAM은 구조가 복잡하고, 수율이 낮고, 제조 비용이 높다는 등의 문제가 있다. PRAM은 서냉, 급냉을 이용해서 스위칭을 행하고 있고, 원리적으로 속도 한계가 높다고는 할 수 없다. ReRAM은 현시점에서는 실용화되어 있지 않지만, 메탈 나노 와이어를 형성하는 메커니즘에 기초한 것으로, 대전류를 흘릴 수 있는, 즉 스위치로서 사용하면 안정적인 동작을 기대할 수 있고, 구조적으로 간이하기 때문에, 제조 비용의 저감, 용이한 적층화 등도 기대되고 있다.There is also a move to develop switches with higher performance using new mechanisms, rather than refinement of existing materials. For example, as a next-generation flash memory, a magnetoresistive random access memory (MRAM), a phase change random access memory (PRAM), and a resistance random access memory (ReRAM). MRAM has a problem in that the structure is complicated, the yield is low, and the manufacturing cost is high. The PRAM performs switching using slow cooling and quenching, and the speed limit is not necessarily high in principle. Although ReRAM is not practically used at present, it is based on a mechanism for forming metal nanowires. It can be expected that stable operation can be expected by flowing a large current, that is, when it is used as a switch, And a lamination is also expected.
다공성 고분자 금속 착체(PCP: Porous Coordination Polymer)는, 금속 이온과 유기 배위자로부터 얻어지는, 나노 레벨의 세공을 갖고 있는 결정성 고체이며, 다양한 금속 이온, 유기 배위자의 조합 및 골격 구조의 다양성으로부터, 가스 흡착, 분리 재료, 촉매, 센서, 의약품 등, 다양한 응용이 생각되고 있다.Porous Coordination Polymer (PCP) is a crystalline solid having nano-level pores, which is obtained from metal ions and organic ligands. From the variety of metal ions, combinations of organic ligands, and skeletal structure, , Separation materials, catalysts, sensors, medicines, and the like.
다공성 고분자 금속 착체의 특징 중 하나가, 그 네트워크 구조이다. 일차원의 쇄상물 집합체, 이차원의 사각 격자의 적층체, 정글짐 모양의 삼차원 구조 등 다양한 구조의 다공성 고분자 금속 착체가 알려져 있다(비특허문헌 1). 이들 다공성 고분자 금속 착체는, 네트워크 구조의 다양성에 더하여, 이것을 구성하고 있는 금속 이온, 배위자에 매우 많은 베리에이션이 있고, 그 때문에, 다양한 화학적 성질을 발현할 수 있어서, 네트워크 구조, 구성하고 있는 금속 이온, 배위자만으로부터, 발현될 물성을 추정하는 것은 기본적으로 매우 곤란하며, 다양한 응용이 생각되는 다공성 고분자 금속 착체의 재료화의 탐색은, 손 탐색에 가까운 상태에서 행해지고 있다.(비특허문헌 2, 비특허문헌 3).One of the characteristics of the porous polymer metal complex is its network structure. Porous polymer metal complexes of various structures such as one-dimensional chain aggregates, two-dimensional rectangular lattice laminates, and jungle gimg shape three-dimensional structures are known (Non-Patent Document 1). These porous polymeric metal complexes have a great variety of metal ions and ligands constituting the porous polymeric metal complexes in addition to the diversity of the network structure and thus can manifest various chemical properties, It is basically very difficult to estimate the physical properties to be expressed from only the ligand, and the search for materialization of the porous polymer metal complex in which various applications are conceived is performed in a state close to the hand search. (Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 2 Literature 3).
다공성 고분자 금속 착체의 다른 특징으로서, 세공 구조의 균일성을 들 수 있다. 다공성 고분자 금속 착체는, 금속 이온과 배위자에 의해 형성되는 규칙적인 반복 구조를 갖는 결정이다. 활성탄도 다공성 재료이지만, 하나의 단위 입자 중, 대소 다양한 크기의 세공이 존재하고(세공 직경 분포), 또한 세공의 형상도 다양한 것이 혼재하고 있다. 그 반면에, 다공성 고분자 금속 착체의 세공은, 전술한 바와 같이, 금속 이온과 배위자로 구성되기 때문에, 그들의 네트워크 구조와 배위자, 금속 이온의 크기로 세공 직경이 규정되기 때문에, 기본적으로는 완전히 동일한 크기의 세공으로 형성되어 있다. 이 때문에 세공 직경 분포는 극히 작다고 하는 특징을 갖고 있다.Another characteristic of the porous polymer metal complex is the uniformity of the pore structure. The porous polymer metal complex is a crystal having a regular repeating structure formed by a metal ion and a ligand. Activated carbon is a porous material. However, among single unit particles, pores having a large and small size exist (pore diameter distribution), and the shapes of the pores are also mixed. On the other hand, since the pores of the porous polymer metal complex are composed of metal ions and ligands as described above, the pore diameter is defined by their network structure and the size of the ligand and the metal ion. Therefore, basically, As shown in Fig. Therefore, the pore diameter distribution is extremely small.
또한, 다공성을 갖고 있는 기존 재료로서는 제올라이트를 들 수 있다. 제올라이트도 다공성 고분자 금속 착체와 마찬가지로, 결정성 재료이고, 세공 직경 분포는 매우 작지만, 그 세공 직경은 다공성 고분자 금속 착체와 비교해서 일반적으로 크다. 또한, 다공성 고분자 금속 착체의 세공을 형성하고 있는 벽은, 분자이고, 극단적으로 두께가 얇은 데 반해, 활성탄이나 제올라이트의 벽의 두께는 다공성 고분자 금속 착체보다 훨씬 두껍기 때문에, 다공성 고분자 금속 착체는 활성탄이나 제올라이트에 비해, 매우 다공성이 높다(공극률이 높다)고 하는 특징을 갖고 있다. 이들 세공 직경 분포의 작음, 세공 직경의 작음, 공극률의 높음에 의해 발현되는 고도의 가스 분리능을 이용한, 가스 저장 분리 재료 개발의 연구가 진행되고 있다.As a conventional material having porosity, zeolite can be mentioned. The zeolite, like the porous polymer metal complex, is a crystalline material and has a very small pore diameter distribution, but the pore diameter is generally larger than that of the porous polymer metal complex. In addition, since the walls of the porous polymeric metal complexes are molecules, and the wall thickness of the activated carbon or zeolite is much thicker than that of the porous polymeric metal complexes, the porous polymeric metal complexes are activated carbon Zeolite has a feature of being highly porous (high porosity) compared to zeolite. Research on the development of a gas storage separating material using a high gas separation capability expressed by a small pore diameter distribution, a small pore diameter, and a high porosity is underway.
또한 PCP는, 합성이 매우 용이한 재료이기도 한다. 제올라이트나 활성탄 등의 다공성 재료가, 재료 소성 프로세스가 필요하여, 시간이나 에너지가 필요한 데 반해, 다공성 고분자 금속 착체는, 실온에 가까운 온도에서, 원료가 되는 금속 이온과 배위자를 혼합하기만 하면, 용이하게 분말 혹은 박막이 얻어짐이 알려져 있고, 이 의미에서도 공업 재료로서 우수한 포텐셜을 갖고 있다.PCP is also a material that is very easy to synthesize. A porous metal material such as zeolite or activated carbon is required to be subjected to a material firing process and requires time or energy. On the other hand, when the porous polymer metal complex is mixed with a metal ion serving as a raw material and a ligand at a temperature close to room temperature, It is known that a powder or a thin film is obtained, and in this sense, it has a good potential as an industrial material.
다공성 고분자 금속 착체는, 금속 이온과 배위자로부터 합성되고, 네트워크 구조는 유기 분자로 형성되어 있기 때문에, 재료 그 자체의 도전성은 매우 낮다. 다공성 고분자 금속 착체는 반도체로 분류되지만, 그 도전성은 매우 낮다(비특허문헌 4).Since the porous polymer metal complex is synthesized from metal ions and ligands and the network structure is formed of organic molecules, the conductivity of the material itself is very low. Although the porous polymer metal complex is classified as a semiconductor, its conductivity is very low (Non-Patent Document 4).
다공성 고분자 금속 착체에 대한 도전성을 부여하는 것으로, 센서 등에 대한 응용이 가능하게 되기 때문에, 도전성 부여의 방법은 다양하게 보고되고 있다(비특허문헌 5, 비특허문헌 6, 비특허문헌 7).(Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2000-3558). [0004] In order to impart conductivity to a porous polymeric metal complex, application to a sensor and the like becomes possible.
도전성 부여의 방법은 다수 존재하지만, 그 중 하나로, 다공성 고분자 금속 착체의 세공 내에, 도전성을 향상시키는 재료(이하, 「도전성 보조제」라고 한다)를 도입시킴으로써, 도전성을 부여하는 검토가 행해져 있다. 예를 들어 비특허문헌 8에서는, 구리 이온을 함유하는 다공성 고분자 금속 착체막에, 유기 도전체로서 알려지는 TCNQ(테트라시아노퀴노디메탄)를 도입함으로써 도전성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에 따르면, 다공성 고분자 금속 착체에 도전성을 부여하는 것이 가능하게 된다. 이 문헌에서 사용되고 있는, Cu3(BTC)2(BTC는 1,3,5-벤젠트리카르복실산염), 약칭 HKUST-1이라 불리는 다공성 고분자 금속 착체는, 구리 이온이 4배위 상태이고, 빈 배위좌를 갖고 있기 때문에, 이 구리 이온의 빈 배위좌와 TCNQ가 착형성을 함으로써 도전성 패스가 형성되고, 이에 의해 도전성이 향상된다고 하면, 이 문헌에서는 기재되어 있다. 즉, 빈 배위좌를 갖는 구리 이온과 정전적으로 상호 작용할 수 있고, 또한 사이즈적으로 세공 내에 수납되고 또한 구리 이온과 상호 작용할 수 있는 크기를 갖는 특수한 도펀트에서만 성립하는 특수 현상이라 생각된다. 또한, 이 문헌에는 메모리 등의 스위치로서의 이용의 기재는 없다.There are many methods of imparting conductivity, but one of them has been studied to introduce conductivity by introducing a material for improving conductivity (hereinafter referred to as " conductive auxiliary agent ") into the pores of the porous polymeric metal complex. For example, Non-Patent Document 8 discloses a technique for improving conductivity by introducing TCNQ (tetracyanoquinodimethane) known as an organic conductor into a porous polymer metal complex film containing copper ions. According to this technique, it becomes possible to impart conductivity to the porous polymer metal complex. The porous polymer metal complex called Cu 3 (BTC) 2 (BTC is 1,3,5-benzenetricarboxylate), abbreviated HKUST-1, which is used in this document, has a structure in which the copper ion is in a four- It is described in this document that a conductive path is formed by forming a vacancy of the copper ion and TCNQ to form a conductive path thereby improving the conductivity. That is, it is considered that this phenomenon is established only in a specific dopant which is capable of electrostatically interacting with a copper ion having a vacant coordination site, and having a size that can be accommodated in pores and interact with copper ions. In addition, this document does not describe the use as a switch such as a memory.
탈륨을 함유하는 다공성 고분자 금속 착체의 세공 내에 TCNQ를 첨가하고, 도전성을 향상시키는 검토도 행해져 있다(비특허문헌 9). 이 검토에서도 다공성 고분자 금속 착체에 도전성을 부여하는 것은 가능하지만, 스위치로서의 이용은 기재되어 있지 않다.Studies have also been carried out to improve the conductivity by adding TCNQ to the pores of the porous metal-metal complex containing thallium (Non-Patent Document 9). In this review, although it is possible to impart conductivity to the porous polymer metal complex, its use as a switch is not described.
다공성 고분자 금속 착체의 세공 내에 이온성 액체를 도입함으로써, 도전성을 향상시키는 검토도 행해져 있다(특허문헌 1). 이 검토에서도 다공성 고분자 금속 착체에 도전성을 부여하는 것은 가능하지만, 메모리 효과가 얻어지는지 여부는 밝히고 있지 않다.Studies have been made to improve the conductivity by introducing an ionic liquid into the pores of the porous polymeric metal complex (Patent Document 1). In this review, although it is possible to impart conductivity to the porous polymer metal complex, it does not disclose whether or not a memory effect can be obtained.
TCNQ 자체를 골격으로서 함유하는 다공성 고분자 금속 착체도 개발되어 있다(비특허문헌 10;비특허문헌 11;비특허문헌 12). 다양한 이온에 관해서 검토가 행해지고, 다양한 다공성 고분자 금속 착체가 TCNQ와 상호 작용하고, 전기 화학 특성에 변화가 나타나는 것은 확인되고 있지만, 스위치 효과가 얻어지는지 여부는 기재 되어 있지 않다.A porous polymer metal complex containing TCNQ itself as a skeleton has also been developed (Non-Patent
스위치 특성을 갖는 다공성 고분자 금속 착체로서는, 특허문헌 2 및 비특허문헌 13이 알려져 있다. 이 재료는, 가스의 첨가에 따라, 상태 A가 다른 상태 B로 전이되고, 그 상태가 유지된다고 하는 의미에서 스위치 특성이 실현되고 있다. 그러나, 가스압의 도입에 수반하는 구조의 변화이며, 전기적인 스위치 특성이 실현 가능한지 여부는 기재되어 있지 않다.As a porous polymer metal complex having a switch characteristic, Patent Document 2 and Non-Patent Document 13 are known. This material realizes the switch characteristic in the sense that the state A is transferred to the other state B and the state thereof is maintained by the addition of the gas. However, there is no description as to the change of the structure accompanying the introduction of the gas pressure, and whether or not the electrical switch characteristic can be realized.
이온성 액체라 간주되는 암모늄염을 도입한 다공성 고분자 금속 착체에 관해서는 비특허문헌 18이 알려져 있다. 이 문헌에서는 암모늄염은, 결정화제로서 이용되고 있을 뿐이며, 도전성 등에 대한 물성에 대한 영향은 밝히고 있지 않다.Non-patent document 18 is known for a porous polymer metal complex into which an ammonium salt is considered to be an ionic liquid. In this document, the ammonium salt is used only as a crystallizing agent, and the influence on the physical properties such as conductivity is not disclosed.
세공성 재료에 대한 암모늄염 등의 도입에 관해서는, 비특허문헌 14가 알려져 있다. 이 검토에 의해, 가스 흡착 특성의 개선이 밝혀졌지만, 도전성 향상이나 메모리 효과에 관해서는 밝히고 있지 않다.Non-patent document 14 is known for the introduction of ammonium salts and the like to the porosity material. Although the improvement of the gas adsorption characteristics has been found by this investigation, the improvement of the conductivity and the memory effect are not disclosed.
세공성 재료에 대한 염류의 도입에 관해서는, 비특허문헌 15가 알려져 있다. 이 검토에 의해, 도전성의 개선이 밝혀지고, 전지에 대한 응용을 보여 주지만, 메모리 효과에 관해서는 밝히고 있지 않다.Non-patent document 15 is known as a method for introducing a salt to a pore forming material. This review reveals improvements in conductivity and shows applications to batteries, but does not disclose memory effects.
다공성 고분자 금속 착체의 박막을 전극 사이에 끼우고, 전압을 인가함으로써 저항값의 전환이 실현되는, 「저항 스위칭 효과」라 불리는 전기 화학적 현상이 보고되어 있다(비특허문헌 16). 이 보고에 의하면, 다공성 고분자 금속 착체를 구성하고 있는 구리 이온이 구리로 변화하고, 또한 다공성 고분자 금속 착체를 구성하고 있는 배위자인 트리메스산의 카르복실기가 분해되어, 가스로서 기화하고 있다. 이 결과, sp2 혼성 궤도가 발생하고, 이에 의해 도전성이 발생하고, 구체적인 효과로서는 ReRAM으로서 이용 가능하다는 것이 밝혀져 있다. 즉, 이 방법에 의해, 도펀트의 첨가없이, 다공성 고분자 금속 착체의 도전성을 향상시키고, 그 결과로서 메모리 기능의 발현이 가능해졌다.There has been reported an electrochemical phenomenon called " resistance switching effect " in which a thin film of a porous polymer metal complex is sandwiched between electrodes, and a voltage is applied to change the resistance value (Non-Patent Document 16). According to this report, the copper ions constituting the porous polymer metal complex change to copper, and the carboxyl group of the trimesic acid, which is a ligand constituting the porous polymer metal complex, is decomposed and vaporized as a gas. As a result, an sp2 hybrid orbit is generated, whereby conductivity is generated, and it has been found that a specific effect is available as ReRAM. That is, by this method, the conductivity of the porous polymer metal complex can be improved without dopant addition, and as a result, the memory function can be manifested.
그러나, 이 방법은, 다공성 고분자 금속 착체를 구성하고 있는 구리 이온의 골격으로부터의 소실과 전극 상으로의 석출 및 다공성 고분자 금속 착체를 구성하고 있는 배위자의 카르복실기 분해라고 하는, 다공성 고분자 금속 착체의 골격 그 자체의 불가역적인 파괴를 수반하고 있다. 다공성 고분자 금속 착체의 골격은, 다공성 고분자 금속 착체의 나노 세공을 형성하고 있는 재료이며, 이것의 파괴는, 재료로서의 강도, 세공 직경의 변화, 세공 직경의 분포 변화, 파괴의 정도에 따른 도전성의 변화 등, 다양한 도전성 재료로서의 바람직하지 않은 변화를 수반하게 된다. 또한 이러한 재료 파괴 현상을 완전히 컨트롤하는 것은 어렵고, 그 결과로서 재료 특성의 변동이 발생하여, 스위치의 미세화, 동작 전류의 미소화, 안정화, 경시적인 재료 열화에 문제가 발생한다. 이와 같이, 이 문헌에 개시되어 있는 기술은, 구성 재료(다공성 고분자 착체) 자체의 변화, 즉 다공성 고분자 착체를 구성하는 원소의 해리·이동을 이용하는 ReRAM이고, 본질적으로 재료의 파괴 등을 수반한다는 점에서, 상기 결점은 본질적으로 불가피하다. 또한, 이 문헌에서 나타나고 있는 전극 구조는, 동종 금속에 의한 샌드위치 구조이고, 2종 금속을 이용한 경우의 특성 등은 개시되어 있지 않다.However, this method is disadvantageous in that it causes the disappearance from the skeleton of the copper ion constituting the porous polymer metal complex and precipitation into the electrode, and the skeleton of the porous polymer metal complex, which is called the carboxyl group decomposition of the ligand constituting the porous polymer metal complex With its irreversible destruction. The skeleton of the porous polymeric metal complex forms the nano-pores of the porous polymeric metal complex. The breakage of the porous polymeric metal complex is affected by the strength as a material, the change in the pore diameter, the change in the distribution of the pore diameter, And the like, as well as a variety of conductive materials. In addition, it is difficult to completely control such a material breakdown phenomenon, and as a result, the material characteristics are changed, resulting in miniaturization of the switch, miniaturization and stabilization of the operating current, and deterioration of the material over time. As described above, the technique disclosed in this document is a ReRAM that utilizes changes in the constituent material (porous polymer complex) itself, that is, dissociation and migration of the elements constituting the porous polymer complex, and inherently involves destruction of the material , The drawback is inherently inevitable. Further, the electrode structure shown in this document has a sandwich structure made of a homogeneous metal, and does not disclose characteristics or the like in the case of using a bimetallic metal.
세공을 이용한 메모리라고 하는 개념은, 비특허문헌 17에서 비로소 제안되고 있으며, 역사가 매우 짧다. 이 비특허문헌 17로서도, 다결정 박막의 입계를 세공으로 간주한 것에 지나지 않는다. 나노 다공체를 이용한 CB-RAM(Conductive-Bridge Random Access Memory)에 관한 보고는 있고, 알루미나 다공체와 실리카 다공체를 이용한 기술이 있다. 그러나, 이들 다공체는 세공 직경 분포가 매우 크기 때문에, 동작 전류의 변동 등이 있다. 또한 양극 산화 프로세스여서, 제조 자체도 난이도가 높은 방법이다. 또한, 이 방법을 사용한 CB-RAM의 보고예는 없다.The concept of memory using pores is proposed only in Non-Patent Document 17, and its history is very short. In this non-patent document 17, too, the grain boundaries of the polycrystalline thin film are merely regarded as pores. There is a report on a CB-RAM (Conductive-Bridge Random Access Memory) using a nanoporous material, and there is a technique using a porous alumina body and a porous silica body. However, since these porous bodies have a very large pore diameter distribution, there are variations in operating current and the like. In addition, since it is an anodic oxidation process, manufacturing itself is a method of high degree of difficulty. There is no report of CB-RAM using this method.
세공을 이용한 메모리에서는, 고밀도화의 관점에서, 하나의 세공을 하나의 메모리 셀로서 사용하는 것이 바람직하지만, 세공 사이즈와 세공 간격의 제어가 실용화의 키를 쥐게 된다. 이와 같은 관점에서, 세공이 정밀 제어된 다공체의 이용이 생각되지만, 제올라이트의 박막화 등의 문제가 있고, 현시점에서는, 제올라이트 이용의 CB-RAM의 보고는 없다.In the memory using pores, it is preferable to use one pore as one memory cell from the viewpoint of high density, but control of the pore size and pore interval is the key to practical use. From such a point of view, although use of a porous article with precise control of pores is considered, there is a problem such as thinning of zeolite, and at present, there is no report of CB-RAM using zeolite.
다공성 고분자 금속 착체는, (1) 매우 세공 직경 분포가 작다(동작 변동이 작다) (2) 세공 직경이 작다(셀 사이즈가 작고, 고밀도화가 가능), (3) 박막화가 용이하다는 등 우수한 점이 있다. CB-RAM은 전극 A/메모리층/전극 B의 구조를 취하고, 전극 A는 전기 화학적으로 활성이며 이온화하기 쉬운 금속, 전극 B에는 전기 화학적으로 안정된 금속이 사용된다. 전극간에 전압을 인가함으로써, 전극 A를 구성하는 원자가 메모리층 내에서 확산되어, 필라멘트 형상 브리지의 형성/단열에 의해 저항이 저저항/고저항으로 전환된다. 메모리층에 다공성 고분자 금속 착체를 사용함으로써, 상기 (1) 내지 (3)의 우수한 특성을 이용한 CB-RAM의 고성능화가 기대된다.(2) the pore diameter is small (the cell size is small and the density can be reduced); (3) it is easy to form a thin film, and the like . The CB-RAM takes the structure of electrode A / memory layer / electrode B, electrode A is electrochemically active and ionizable metal, and electrode B is electrochemically stable metal. By applying a voltage between the electrodes, the atoms constituting the electrode A are diffused in the memory layer, and the resistance is switched to low resistance / high resistance by the formation / insulation of the filament type bridge. By using a porous polymeric metal complex in the memory layer, high performance of the CB-RAM using the excellent characteristics (1) to (3) is expected.
CB-RAM은 메모리층 내에 있어서의 전극 구성 금속의 확산에 의해 동 금속으로 구성되는 필라멘트의 형성/단열을 발생시킴으로써 저저항/고저항의 전환이 행해지기 때문에, 스위칭을 발생시키는 데 있어서 줄열에 의한 금속 확산(혹은 금속 이온 확산)의 촉진이 필수가 되는 경우가 많이 있다. 그러나, 다공성 고분자 금속 착체나 CB-RAM은 도전성이 낮고, 줄열에 의한 온도 상승이 매우 작다는 점에서 금속 나노 와이어, 즉 필라멘트의 형성이 곤란하며, 상술한 바와 같은, 다공성 고분자 금속 착체의 불가역적인 파괴를 수반하는 ReRAM은, 극소수 보고예는 있지만, 다공성 고분자 금속 착체를 이용한 CB-RAM에 관한 보고는 없다.In the CB-RAM, since the formation of the filament made of copper metal is caused by the diffusion of the electrode constituting metal in the memory layer, and the low resistance / high resistance is switched by this, It is often necessary to promote metal diffusion (or metal ion diffusion). However, it is difficult to form metal nanowires, that is, filaments because the porous polymer metal complex or CB-RAM has low conductivity and a very small temperature rise due to the joule heat. In addition, There is no report on CB-RAM using porous polymer metal complexes, although there are very few reported cases of ReRAM involving fracture.
본 발명의 목적은, 다공성 고분자 금속 착체에, 도전성 보조제를 첨가해서 얻어지는 신규의 다공성 고분자 금속 착체 도전체와, 2종류의 전극 금속으로 구성되는 미소 스위치를 제공하는 것이다. 또한 그 스위치를 이용한 메모리를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a novel porous polymer metal complex conductor obtained by adding a conductive auxiliary agent to a porous polymeric metal complex and a micro switch composed of two kinds of electrode metals. It also provides a memory using the switch.
본 발명은, 이하와 같다.The present invention is as follows.
(1) 제1 전극, 제2 전극 및 다공성 고분자 금속 착체 도전체로 구성되는 미소 스위치이며,(1) A micro switch comprising a first electrode, a second electrode, and a porous polymer metal complex conductor,
상기 다공성 고분자 금속 착체 도전체가, 하기 식 (1)로 표시되고,Wherein the porous polymer metal complex conductor is represented by the following formula (1)
상기 제1 전극을 구성하는 금속과 상기 제2 전극을 구성하는 금속 사이에서 산화 환원 전위가 다른 것을 특징으로 하는 미소 스위치.Wherein a redox potential is different between a metal constituting the first electrode and a metal constituting the second electrode.
[MLx]n(D)y (1)[MLx]n(D)y (One)
여기서, M은 원소 주기율표의 2 내지 13족에서 선택되는 금속 이온을 나타내고, L은 상기 M에 배위할 수 있는 관능기를 2개 이상 그 구조 내에 함유하여 2개의 상기 M과 가교할 수 있는 배위자를 나타내고, D는 금속 원소를 포함하지 않는 도전성 보조제를 나타낸다. x는 0.5 내지 4이고, y는 x 1개에 대하여 0.0001 내지 20이다. n은 [MLx]로 이루어지는 구성 단위의 반복수를 나타내고, n은 5 이상이다.Wherein M represents a metal ion selected from Groups 2 to 13 of the Periodic Table of the Elements and L represents a ligand capable of forming two or more functional groups capable of coordinating to M and capable of crosslinking with two of M , And D represents a conductive auxiliary agent not containing a metal element. x is 0.5 to 4, and y is 0.0001 to 20 for x. n represents the number of repeating units of constituent units of [ML x ], and n is 5 or more.
(2) 상기 D가 탄소-탄소 다중 결합을 분자 내에 갖고, 또한 황 또는 질소 원자를 함유하는 화합물인, (1)에 기재된 미소 스위치.(2) The micro switch according to (1), wherein D is a compound having a carbon-carbon multiple bond in its molecule and containing a sulfur or nitrogen atom.
(3) 상기 D가 탄소-탄소 다중 결합을 분자 내에 갖고, 또한 상기 탄소-탄소 다중 결합에, 전자 흡인성기 또는 전자 공여성기가 결합되어 있는 화합물, 혹은 공액계가 발달한 방향족 화합물인, (1)에 기재된 미소 스위치.(3) a compound in which D is a carbon-carbon multiple bond in the molecule and the carbon-carbon multiple bond is bonded to an electron-withdrawing group or an electron-donating group, or an aromatic compound in which a conjugated system is developed, .
(4) 상기 D가 테트라시아노에틸렌, 테트라시아노퀴노디메탄, 벤조퀴논, 또는 그들의 유도체로 이루어지는 군에서 선택되는 억셉터형 화합물인, (2) 또는 (3)에 기재된 미소 스위치.(4) The micro switch according to (2) or (3), wherein the D is an acceptor compound selected from the group consisting of tetracyanoethylene, tetracyanoquinodimethane, benzoquinone, and derivatives thereof.
(5) 상기 D가 테트라티아풀발렌 또는 그들의 유도체에서 선택되는 도너형 화합물인, (2) 또는 (3)에 기재된 미소 스위치.(5) The micro switch according to (2) or (3), wherein D is a donor compound selected from tetrathiafulvalene or derivatives thereof.
(6) 상기 다공성 고분자 금속 착체 도전체 중에, 상기 D를 2종 이상 함유하는, (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 미소 스위치.(6) The micro switch according to any one of (1) to (5), wherein the porous polymer metal complex conductor contains at least two of the above-mentioned D.
(7) 상기 2종 이상의 D 중 적어도 1종이, 분자 내에 전하를 갖는 유기물로 이루어지는 유기성 도전성 보조제인, (6)에 기재된 미소 스위치.(7) The micro switch according to (6), wherein at least one of the two or more species D is an organic conductive auxiliary agent comprising an organic substance having a charge in a molecule.
(8) 상기 유기 도전성 보조제가, 4급 암모늄염, 포스포늄염류, 아민-알칼리 금속 이온 컴플렉스, 이미다졸륨염류, 피리디늄염류 및 술포늄염류로 이루어지는 군에서 선택되는, (7)에 기재된 미소 스위치.(8) The micro switch according to (7), wherein the organic conductive auxiliary agent is selected from the group consisting of a quaternary ammonium salt, a phosphonium salt, an amine-alkali metal ion complex, an imidazolium salt, a pyridinium salt and a sulfonium salt. .
(9) 상기 D의 함유량이, 상기 다공성 고분자 금속 착체 도전체에 대하여 0.001 내지 30질량%인, (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 미소 스위치.(9) The micro switch according to any one of (1) to (8), wherein the content of D is 0.001 to 30 mass% with respect to the porous polymer metal complex conductor.
(10) 상기 M이 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 희토류, 지르코늄에서 선택되는 2가, 3가 또는 4가의 금속 이온인, (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 미소 스위치.(10) The method according to any one of (1) to (9), wherein the M is a divalent, trivalent or tetravalent metal ion selected from chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Smile switch.
(11) 상기 L이 분자 내에 카르복실기를 2개 이상 함유하는 방향족 화합물인, (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 미소 스위치.(11) The micro switch according to any one of (1) to (9), wherein L is an aromatic compound containing two or more carboxyl groups in the molecule.
(12) 상기 L이 분자 내에 카르복실기를 2개 이상 함유하는 비방향족 화합물인, (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 미소 스위치.(12) The micro-switch according to any one of (1) to (9), wherein L is a non-aromatic compound containing two or more carboxyl groups in the molecule.
(13) 상기 L이 분자 내에 배위성의 질소 원자를 2개 이상 함유하는 방향족 화합물인, (11) 기재의 미소 스위치.(13) The micro switch according to (11), wherein L is an aromatic compound containing two or more nitrogen atoms of a satellites in a molecule.
(14) 상기 L이 분자 내에 배위성의 질소 원자를 2개 이상 함유하는 비방향족 화합물인, (12) 기재의 미소 스위치.(14) The micro switch according to (12), wherein L is a nonaromatic compound containing two or more nitrogen atoms of a satellites in a molecule.
(15) 상기 M이 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 스칸듐, 망간, 철(II), 철(III), 코발트, 니켈, 구리, 아연, 지르코늄 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드뮴, 인듐 및 레늄으로 이루어지는 군에서 선택되고,(15) The method according to any one of (15) to (16) above, wherein M is at least one element selected from the group consisting of magnesium, aluminum, calcium, scandium, manganese, iron (II), iron (III), cobalt, nickel, copper, zinc, zirconium ruthenium, rhodium, ≪ / RTI >
상기 L이 치환, 비치환된 테레프탈산, 이소프탈산, 2.6-나프탈렌디카르복실산, 2.7-나프탈렌디카르복실산, 4.4'-비페닐디카르복실산, 트리메스산, 치환, 비치환된 4,4'-비피리딘, 1,4-(4-피리딜)벤젠 및 치환, 비치환된 이미다졸로 이루어지는 군에서 선택되는, (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 미소 스위치.Wherein L is a substituted or unsubstituted terephthalic acid, isophthalic acid, 2,6-naphthalene dicarboxylic acid, 2.7-naphthalene dicarboxylic acid, 4.4'-biphenyldicarboxylic acid, The micro switch according to any one of (1) to (9), wherein the micro switch is selected from the group consisting of 4'-bipyridine, 1,4- (4-pyridyl) benzene and substituted or unsubstituted imidazole.
(16) 상기 제1 전극을 구성하는 상기 금속과 상기 제2 전극을 구성하는 상기 금속과의 산화 환원 전위의 차가 0eV 내지 5.0eV인, (1) 내지 (15) 중 어느 하나에 기재된 미소 스위치.(16) The micro switch according to any one of (1) to (15), wherein the difference between the redox potential of the metal constituting the first electrode and the metal constituting the second electrode is 0 eV to 5.0 eV.
(17) 상기 제1 전극을 구성하는 상기 금속이, Au, Pt, W, Ru, In, Rh 및 실리콘으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속이며,(17) The organic electroluminescent device according to any one of (17) to (17), wherein the metal constituting the first electrode is a metal selected from the group consisting of Au, Pt, W, Ru, In, Rh,
상기 제2 전극을 구성하는 상기 금속이, Cu, Ag, Zn, Co, Mn 및 Al로 이루어지는 군에서 선택되는 금속인, (1) 내지 (16) 중 어느 하나에 기재된 미소 스위치.The micro-switch according to any one of (1) to (16), wherein the metal constituting the second electrode is a metal selected from the group consisting of Cu, Ag, Zn, Co, Mn and Al.
(18) 상기 제1 전극을 구성하는 상기 금속이, 산화인듐주석(ITO: Tin-doped In2O3), Nb를 도프한 산화티타늄, Ga 또는 Al을 도프한 산화아연 및 Nb를 도프한 SrTiO3, SrRuO3, RuO2 또는 IrO2로 이루어지는 군에서 선택되는, (17) 기재의 미소 스위치.18 is the metal constituting the first electrode, indium tin oxide (ITO: Tin-doped In 2 O 3), doped with Nb titania, SrTiO doped with Ga or zinc oxide, and Nb doped with Al 3 , SrRuO 3 , RuO 2, or IrO 2 .
(19) (1) 내지 (18) 중 어느 하나에 기재된 미소 스위치를 사용해서 구성된 전자 디바이스.(19) An electronic device configured by using the micro switch according to any one of (1) to (18).
(20) 금속 이온과, 배위자를 혼합하여, 다공성 고분자 금속 착체를 형성하는 공정과,(20) a step of mixing a metal ion and a ligand to form a porous polymer metal complex,
상기 다공성 고분자 금속 착체를 제1 및 제2 전극에 접촉시키는 공정과,Contacting the porous polymeric metal complex with the first and second electrodes,
상기 제1 및 제2 전극에 접촉시킨 상기 다공성 고분자 금속 착체와, 도전성 보조제를 혼합하여, 다공성 고분자 금속 착체 도전체를 형성하는 공정A step of mixing the porous polymer metal complex brought into contact with the first and second electrodes and a conductive auxiliary agent to form a porous polymer metal complex conductor
을 포함하는, CB-RAM용 미소 스위치의 제조 방법이며,A method of manufacturing a micro switch for a CB-RAM,
상기 금속 이온은, 주기율표의 2 내지 13족에서 선택되고,The metal ion is selected from Groups 2 to 13 of the periodic table,
상기 배위자는, 상기 금속 이온에 배위할 수 있는 관능기를 2개 이상 그 구조 내에 함유하여 2개의 상기 금속 이온과 가교할 수 있는 것이고,The ligand is capable of containing two or more functional groups capable of coordinating with the metal ion within the structure and capable of crosslinking with two of the metal ions,
상기 도전성 보조제는, 금속 원소를 포함하지 않는 물질이고,The conductive auxiliary agent is a material not containing a metal element,
상기 제1 전극을 구성하는 금속과 상기 제2 전극을 구성하는 금속 사이에서 산화 환원 전위가 다른 것을 특징으로 하는 CB-RAM용 미소 스위치의 제조 방법.Wherein the redox potential is different between a metal constituting the first electrode and a metal constituting the second electrode.
(21) 금속 이온과, 배위자와, 도전성 보조제를 혼합하여, 다공성 고분자 금속 착체 도전체를 형성하는 공정과,(21) a step of mixing a metal ion, a ligand, and a conductive auxiliary agent to form a porous polymer metal complex conductor,
상기 다공성 고분자 금속 착체 도전체를 제1 및 제2 전극에 접촉시키는 공정A step of bringing the porous polymer metal complex conductor into contact with the first and second electrodes
을 포함하는, 미소 스위치의 제조 방법이며,And a second step of forming a micro switch,
상기 금속 이온은, 주기율표의 2 내지 13족에서 선택되고,The metal ion is selected from Groups 2 to 13 of the periodic table,
상기 배위자는, 상기 금속 이온에 배위할 수 있는 관능기를 2개 이상 그 구조 내에 함유하여 2개의 상기 금속 이온과 가교할 수 있는 것이고,The ligand is capable of containing two or more functional groups capable of coordinating with the metal ion within the structure and capable of crosslinking with two of the metal ions,
상기 도전성 보조제는, 금속 원소를 포함하지 않는 물질이고,The conductive auxiliary agent is a material not containing a metal element,
상기 제1 전극을 구성하는 금속과 상기 제2 전극을 구성하는 금속 사이에서 산화 환원 전위가 다른 것을 특징으로 하는 미소 스위치의 제조 방법.Wherein a redox potential is different between a metal constituting the first electrode and a metal constituting the second electrode.
본 발명의 다공 고분자 금속 착체 도전체와 2종의 금속으로 형성되는 미소 스위치는, 메모리로서 이용하는 것이 가능하다. 또한 본 발명은 랜덤 액세스 메모리, 스토리지 클래스 메모리 및 그것을 활용한 집적 회로(메모리 칩, LSI), 기억 장치(SSD, SD 카드, USB 메모리 등), 학습 기능을 갖춘 메모리 회로, FPGA(Field Programmable Gate Array)용 회로 전환 스위치, 그 외 장치(센서)로서 이용하는 것이 가능하다.The porous polymer metal complex conductor of the present invention and the microswitch formed of two kinds of metals can be used as a memory. The present invention can also be applied to a random access memory, a storage class memory and an integrated circuit (memory chip, LSI), a storage device (SSD, SD card, USB memory, etc.) ) Circuit switching switches, and other devices (sensors).
본 발명의 다공성 고분자 금속 착체 도전체로 이루어지는 미소 스위치는, 본 미소 스위치로 형성되는 각종 디바이스류의 미소화, 고도 집적화, 전력 절약화, 응답 속도의 향상에 의한 고기능화, 유기 재료의 특성을 이용한 플렉시블화, 박막화에 의한 경량화, 재료 합성의 용이함에 의한 간이 프로세스화, 저렴화, 범용화 등을 실현한다.The micro switch composed of the porous polymer metal complex conductor of the present invention can be applied to various types of devices formed by the present microswitch, such as miniaturization, high integration, power saving, improvement in response speed, , Weight reduction by thinning, simplification of process by facilitating material synthesis, reduction in cost, and commercialization.
본 발명의 미소 스위치를 프로그래머블 회로에 사용할 수 있다. 프로그래머블 회로란 유저가 각자의 목적에 맞추어 회로를 세팅할 수 있는 것이고, 구체예로서, 이용자가 독자적인 논리 회로를 기입할 수 있는 게이트 어레이의 일종인 FPGA(Field Programmable Gate Array) 회로이다. 디지털 신호 처리, 소프트웨어 무선, 아비오닉스 등에 이용할 수 있다. 본 발명의 미소 스위치를 이용함으로써, 보다 미세화, 고성능화가 가능하게 된다.The micro switch of the present invention can be used in a programmable circuit. The programmable circuit is a field programmable gate array (FPGA) circuit, which is a kind of gate array in which a user can write his or her own logic circuit, as a concrete example, in which a user can set a circuit in accordance with his / her purpose. Digital signal processing, software radio, avionics, and the like. By using the microswitch of the present invention, further miniaturization and high performance can be achieved.
본 발명의 미소 스위치를 메모리 칩에 사용할 수 있다. 메모리 칩이란, 메모리 소자를 집적한 디바이스이다. 퍼스널 컴퓨터나 모바일기기 등의 기억 소자로서 이용되고 있다. 본 발명의 미소 스위치 기구를 이용함으로써, 미세화 등에 의한 고도 집적화, 고기능화가 가능하게 된다.The micro switch of the present invention can be used in a memory chip. A memory chip is a device in which memory elements are integrated. And is used as a memory element of a personal computer or a mobile device. By using the micro switch mechanism of the present invention, it is possible to achieve high integration and high functionality by miniaturization and the like.
본 발명의 미소 스위치를 이용한 메모리 칩을 사용해서 제어 장치를 구성할 수 있다. 제어 장치란, 마이크로 컴퓨터 등이고, 가전제품 등의 제어에 이용되고 있다. 본 발명을 이용함으로써, 미세화 등에 의한 고도 집적화, 고기능화가 가능하게 된다.The control device can be configured by using the memory chip using the micro switch of the present invention. The control device is a microcomputer or the like and is used for control of household appliances and the like. By using the present invention, high integration and high functionality due to miniaturization and the like can be achieved.
본 발명의 미소 스위치를 사용해서 LSI를 구성할 수 있다. LSI란, 대규모 집적 회로이며, 제어 장치 등에 널리 이용되고 있다. 현재는, 산화막을 양질로 제작할 수 있고, P, N형의 구분 제작이 용이하다는 점에서, 실질적으로 실리콘 베이스의 LSI가 이용되고 있고, 대체 기술은 실질적으로 존재하지 않는다. 그러나, 본 발명의 미소 스위치를 이용함으로써, Si/실리콘 산화막과 마찬가지로, PCP 단체에 의한 LSI를 실현 가능하다. 이것은, PCP는 원래가 반도체적 성질을 갖고 있고, 도핑에 의한 캐리어형 및 캐리어 농도의 제어가 가능하다는 점에서, 다이오드나 트랜지스터 등의 기본적인 회로 소자의 실현이 기대되는 것에 더하여, 본 미소 스위치에 의해, LSI의 실현에 필요한 PCP 베이스의 기억 장치의 제공이 가능하게 되기 때문이다. 또한 PCP는, 초박막 형성이나 미세 회로 형성 등이 용이하다는 것, 도핑이 프로세스적으로 용이하고 또한 미세 도핑이 가능하다는 것 등으로부터, 본 발명의 미소 스위치를 사용하여, Si 대체 LSI를 실현하는 것이 가능하게 된다.The LSI can be configured using the micro switch of the present invention. LSI is a large-scale integrated circuit widely used in control devices and the like. At present, silicon-based LSIs are being used practically because oxide films can be manufactured with good quality and P and N types can be easily produced separately. However, by using the micro switch of the present invention, it is possible to realize an LSI by a single PCP like the Si / silicon oxide film. This is because, in addition to the expectation of realizing basic circuit elements such as diodes and transistors in view of the fact that PCP has inherent semiconductor properties and can control the carrier type and carrier concentration by doping, , It is possible to provide a PCP-based storage device necessary for the realization of the LSI. It is also possible to realize an Si substitute LSI by using the microswitch of the present invention from the fact that PCP is easy to form an ultra-thin film or form a fine circuit, and that doping is easy in process and fine doping is possible .
본 발명의 미소 스위치를 사용해서 센서를 구성할 수 있다. PCP는 세공 내에 각종 용매, 물 등을 흡착하는 것이 알려져 있고, 또한 그것에 의해 PCP의 특성이 변화한다는 것이 알려져 있다. 이 원리를 이용하고, 용매나 가스 분자, 광 등에 따라서 도전성, 스위칭 전압이 변화하는 것을 이용함으로써 센서 개발이 가능하다.The sensor can be constructed using the micro switch of the present invention. It is known that PCP adsorbs various solvents, water, and the like in pores, and it is known that the characteristics of PCPs change thereby. Using this principle, sensors can be developed by using the change in conductivity and switching voltage depending on solvents, gas molecules, light, and the like.
본 발명의 미소 스위치를 사용해서 학습 기능을 갖는 뉴로 컴퓨터를 구성할 수 있다. 뉴로 컴퓨터란, 생체의 기억 방법인 뉴런 형성을 모방하여, 전기 회로가 유저의 기호에 맞추어서, 신규 회로의 형성, 불필요한 회로의 소실 등을 포함하여, 동적으로 회로가 형성되어 가는 학습 기능을 갖는 컴퓨터이다. 유저가 능동적으로 프로그램을 행하지 않고, 자발적으로 유저의 기호에 맞춘 기능을 실현할 수 있는 장치이다. 본 발명의 미소 스위치에서는, 형성된 필라멘트가 사용되지 않는 경우에는 구성 금속이 서서히 확산되어 가늘어지고, 사용되는 경우에는 굵어지는 특성을 갖기 때문에, 뉴런의 기억 형성과 유사한 뉴로 컴퓨터 기능을 실현하는 것이 가능하게 된다.A neurocomputer having a learning function can be constructed by using the micro switch of the present invention. A neurocomputer is a computer having a learning function in which a circuit is dynamically formed, in which a circuit is formed dynamically, such as formation of a new circuit, elimination of an unnecessary circuit, etc., to be. Is a device that allows a user to voluntarily implement a function that matches a user's preference without actively performing a program. In the microswitch of the present invention, when the formed filament is not used, the constituent metal is gradually diffused and tapered, and when it is used, it becomes thick, so that it is possible to realize a neurocomputer function similar to the memory formation of neurons do.
본 발명의 미소 스위치를 사용한 뉴로 컴퓨터를 이용한 인공 지능을 구성할 수 있다. 인공 지능이란, 인공적으로 인간과 유사한 지능을 실현시킨 것의 일반적인 것을 가리킨다. 상기 뉴로 컴퓨터를 이용함으로써, 자발적으로 유저의 기호에 맞추어서, 인공 지능의 고도화가 진행되는 것이고, 패턴 인식능을 갖는 로봇 등에 응용이 가능하다.Artificial intelligence using a neurocomputer using the micro switch of the present invention can be constructed. Artificial intelligence is a general term that artificially implements human-like intelligence. By using the neurocomputer, the artificial intelligence advances spontaneously according to the user's preference, and the robot can be applied to a robot having pattern recognition capability.
본 발명의 미소 스위치를 사용해서 플렉시블화, 경량화된 각종 기능, 디바이스를 구성할 수 있다. 플렉시블화의 이점은, 웨어러블 등, 형상을 한정시키지 않고 기능 발현이 가능하게 된다는 점이다. 본 발명의 미소 스위치가, 유기 재료의 유연성, 박막성, 경량성을 가짐으로써 플렉시블화, 경량화가 가능하게 된다.Various functions and devices that are made flexible and lightweight can be constructed by using the microswitches of the present invention. The advantage of the flexibility is that the function can be expressed without limiting the shape, such as wearables. The micro switch of the present invention has the flexibility, thin film and light weight of the organic material, so that the micro switch can be made flexible and lightweight.
도 1은 본 발명의 미소 스위치로부터 제작한 메모리 소자의 데이터 기입/소거 및 데이터 유지 특성의 평가를 나타낸 그래프이다.
도 2는 다공성 고분자 금속 착체 중에 존재하는 세공의 형태를 나타내는 모식도이다.
도 3은 세공의 이방성의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 미소 스위치를 사용해서 구성한 소자 구조 및 회로의 예를 나타낸 도면이다.
도 5a는 미소 스위치의 구조예를 나타낸 도면이다.
도 5b는 미소 스위치의 구조예를 나타낸 도면이다.
도 5c는 미소 스위치의 구조예를 나타낸 도면이다.
도 5d는 미소 스위치의 구조예를 나타낸 도면이다.1 is a graph showing the evaluation of data write / erase and data retention characteristics of a memory element manufactured from the micro switch of the present invention.
2 is a schematic view showing the shape of pores present in the porous polymeric metal complex.
3 is a schematic diagram of anisotropy of pores.
4 is a diagram showing an example of a device structure and a circuit constructed by using the micro switch of the present invention.
5A is a diagram showing an example of the structure of the micro switch.
5B is a diagram showing an example of the structure of the microswitch.
5C is a diagram showing an example of the structure of the microswitch.
5D is a diagram showing an example of the structure of the microswitch.
본 발명이 제안하는 미소 스위치는, 다공성 고분자 금속 착체에 도전성 보조제를 첨가하는 것으로부터 얻어지는 다공성 고분자 금속 착체 도전체를, 전기 화학적으로 산화 환원 전위가 다른 2종의 금속으로 구성되는 전극(전기 화학적으로 활성의 금속과 불활성의 금속으로 구성되는 전극) 사이에 끼워 넣음으로써 구성된다. 이에 의해, 전기적으로 고저항, 저저항을 의도적으로 스위칭할 수 있다.The microswitch proposed by the present invention is a microswitch in which a porous polymer metal complex conductor obtained by adding a conductive auxiliary agent to a porous polymeric metal complex is formed into an electrode composed of two kinds of metals electrochemically having different oxidation- And an electrode composed of an active metal and an inert metal). Thereby, it is possible to intentionally switch the high resistance and the low resistance electrically.
본 발명은, 다공성 고분자 금속 착체 도전체와, 산화 환원 전위가 다른 2종의 금속으로 구성되는 회로로 함으로써, 다공성 고분자 금속 착체 도전체의 나노 세공 내에 있어서의 전극 금속의 확산을 이용하고, 확산된 전극 금속에 의해 전극 사이가 연결된 상태와 단열된 상태를 "1", "0"에 대응시킴으로써 미소 스위치로서 기능시킨다. 본 구성으로 함으로써, 다공성 고분자 금속 착체 도전체의 불가역적인 파괴를 수반하지 않고, 미소 스위치 기능을 실현할 수 있기 때문에, 스위치 기능의 미세화, 동작 전류의 미소화, 안정화, 경시적인 재료 열화 등의 특성면에서 우수하다.The present invention makes use of a circuit composed of a porous polymer metal complex conductor and two kinds of metals having different oxidation-reduction potentials, thereby making it possible to use diffusion of the electrode metal in the nanopores of the porous polymer metal complex conductor, Function as a microswitch by associating a state in which the electrodes are connected by the electrode metal and a state in which the electrodes are adhered to "1" and "0". With this structure, it is possible to realize a microswitch function without irreversible destruction of the porous polymer metal complex conductor. Therefore, it is possible to realize a micro switch function, a characteristic surface such as a reduction in operating current, stabilization, Is excellent.
본 발명의 미소 스위치는, ReRAM과 같은 불휘발성 메모리로서의 이용이 가능하다. ReRAM과 CB-RAM은 모두 도전 패스의 형성과 단열에 의해 저항의 스위칭이 실현 된다는 점에서, 그 원리는 유사하게 보인다. 그러나, ReRAM의 도전 패스가 산소 결손으로 구성된다고 보고되어 있는 것에 비해서, CB-RAM의 그것은 금속 원자로 구성된다는 점에서, 전류 수송 특성이 우수하고, FPGA(Field Programmable Gate Array)용 회로 전환 스위치 등에 대한 응용도 가능하게 된다.The micro switch of the present invention can be used as a nonvolatile memory such as ReRAM. Both ReRAM and CB-RAM seem to be similar in that the switching of resistance is realized by the formation of a conductive path and the adiabatic effect. However, it is reported that the conductive path of ReRAM is composed of oxygen deficiency. In contrast, CB-RAM is composed of a metal atom, and has excellent current-carrying characteristics and is suitable for circuit switching switches for FPGA (Field Programmable Gate Array) Application can be made.
또한 본 발명은, p형, n형의 도펀트를 국소적으로 도핑하는 기술을 확립하고, 메모리뿐만 아니라 트랜지스터나 다이오드 등의 회로 소자를 PCP 기판에 적용하는 LSI 기술로서도 응용 가능하다. 이 실현을 위해서는 잉크젯 기술 등이 이용 가능하다.The present invention can also be applied as an LSI technique for locally doping p-type and n-type dopants, and for applying not only memories but also circuit elements such as transistors and diodes to PCP substrates. In order to realize this, an ink jet technology or the like can be used.
본 발명자들은, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 예의 연구를 거듭한 결과, 다공성 고분자 금속 착체에, 전하를 갖는 유기물로 이루어지는 유기성 도전성 보조제를 첨가하고, 고분자 금속 착체 도전체를 조제하고, 또한 이것을 산화 환원 전위가 다른 2종의 전극 금속과 접촉시켜 회로를 구성함으로써 미소 스위치로서 기능함을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 또한, 본 미소 스위치가 메모리로서 기능함을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have conducted intensive research and have found that, as a result, an organic conductive auxiliary agent comprising an organic substance having a charge is added to a porous polymeric metal complex to prepare a polymer metal complex conductor, And it is brought into contact with two types of electrode metals having different oxidation-reduction potentials to constitute a circuit, thereby functioning as a microswitch. Thus, the present invention has been completed. Further, it has been found that the present microswitch functions as a memory, and the present invention has been accomplished.
본 발명의 다공성 고분자 금속 착체 도전체를 포함하는 미소 스위치는, 하기 구조 (2)로 표시되고, 배위자 L이 금속 이온 M을 가교함으로써 형성되고, 도전성 보조제 D가 첨가되는 크기의 세공을 갖고 있는 다공성 고분자 금속 착체 도전체와 제1 전극과 제2 전극으로 구성되는 미소 스위치이다.The microswitch comprising the porous polymeric metal complex conductor of the present invention is characterized in that the microswitch is represented by the following structure (2), in which the ligand L is formed by crosslinking the metal ion M and a porous And comprises a polymer metal complex conductor, a first electrode, and a second electrode.
제1 전극 |[MLx]n(D)y|제2 전극 (2)[ML x ] n (D) y | The second electrode (2)
(식 중, M은 원소 주기율표의 2 내지 13족에서 선택되는 금속 이온을 나타내고, L은 M에 배위할 수 있는 관능기를 2개 이상 그 구조 내에 함유하여 2개의 M과 가교할 수 있는 배위자를 나타내고, D는 다공성 고분자 금속 착체의 도전성을 향상할 수 있는 도전성 보조제를 나타낸다. x는 0.5 내지 4이고, y는 x 하나에 대하여 0.0001 내지 2이다. n은 [MLx]로 이루어지는 구성 단위의 반복수를 나타내고, n은 5 이상이다)(Wherein M represents a metal ion selected from Groups 2 to 13 of the Periodic Table of the Elements and L represents a ligand capable of cross-linking two M's by containing two or more functional groups capable of coordinating to M in its structure X represents 0.5 to 4 and y represents 0.0001 to 2. x represents the number of repeating units of the constituent unit consisting of [ML x ] , And n is 5 or more)
제1 전극과 제2 전극 사이의 전기 저항값이, 구동 전압 또는 전류를 인가함으로써 변화하여, 다른 둘 이상의 상태가 존재하는 것이, 본 발명에 사용하는 다공성 고분자 금속 착체 도전체의 독특한 특성이다. 예를 들어, 도 1의 전압 소인-전류 측정도를 참조하면, Set 시 전압일 때의 저항값과, Reset 시 전압일 때의 저항값은 다르며, 이 전압 소인-전류 측정 곡선에 있어서 둘 이상의 저항 상태가 존재하고 있다.It is a unique characteristic of the porous polymer metal complex conductor used in the present invention that the electrical resistance value between the first electrode and the second electrode changes by application of a driving voltage or current, and two or more other states exist. For example, referring to the voltage sweep-current measurement diagram of FIG. 1, the resistance value at the time of the set-time voltage is different from the resistance value at the time of the reset-time voltage, and in this voltage sweep- State exists.
본 발명의 스위치 소자의 동작 기구는, 전압 인가에 수반하여, 제1 전극의 금속이 이온화하고, 이것이 PCP의 세공 내를 확산하고, 이 이온이 제2 전극으로부터 전자를 수취하고, 환원됨으로써 대향 전극과의 사이에 금속 필라멘트가 형성되는 것 및 그 역반응으로서, 일단 형성된 금속 필라멘트가, 전압 인가에 의해 산화되어 이온으로 되돌아가 소실됨으로써, 스위칭 기능을 실현하고 있다. 따라서, 금속 필라멘트의 형성과 단열은, 제1 전극 금속의 금속 이온이 세공 내를 확산 할 필요가 있고, 이를 위해서는, 금속 이온을 확산할 수 있는 세공 직경을 갖는 PCP를 이용하고, 또한 여기에 도전성 보조제를 첨가함으로써 캐리어 농도를 증가시켜, 줄열의 발생에 의한 온도 상승에 의해 금속 이온의 확산을 촉진하는 것이 중요하다.In the operation mechanism of the switch element of the present invention, the metal of the first electrode is ionized with the application of a voltage, which diffuses in the pores of the PCP, and the ions receive electrons from the second electrode and are reduced, The metal filament formed once is oxidized by the application of a voltage and is returned to the ions and disappears, thereby realizing the switching function. Therefore, the formation and the thermal insulation of the metal filament are required to diffuse the metal ions of the first electrode metal in the pores. For this purpose, a PCP having a pore diameter capable of diffusing metal ions is used, It is important to increase the carrier concentration by adding an auxiliary agent to promote the diffusion of the metal ions by the temperature rise due to generation of the joule heat.
또한, 세공 내의 용매는 불활성 전극의 이온화에 필요한 전압(즉 스위칭 전압) 및 금속 이온의 확산에 다대한 영향을 미치기 때문에, 적절한 용매를 선택할 필요가 있다. 스위칭 기능에는, 필라멘트의 형상이 영향을 미치기 때문에, 필라멘트의 형상에 영향을 미칠 수 있는 PCP의 금속종, 배위자종, 세공 형상, 도전성 보조제의 종류, 양을 적절하게 선택하는 것은 중요하다.Further, since the solvent in the pores has a great influence on the voltage (i.e., switching voltage) necessary for ionization of the inert electrode and the diffusion of metal ions, it is necessary to select an appropriate solvent. Since the shape of the filament affects the switching function, it is important to appropriately select the kind of metal species, ligand species, pore shape, and conductivity auxiliary agent of PCP which can affect the shape of the filament.
또한, 다공성 고분자 금속 착체 도전체의 세공 내부에서 비교적 애스펙트비가 큰 도전성 보조제가, 전압 인가에 수반하여, 회전, 혹은 세공 내의 위치의 변화가 발생하여, 세공 내의 실효적인 용적이 변화하고, 이 실효적인 세공 용적의 변화와, 전압 인가에 수반하는 전극의 금속 이온의 세공 내 확산 및 이것의 환원에 기초한 금속 나노 와이어의 생성 및 이 역반응에 기초한 금속 나노 와이어의 소실에 의해, 스위치 효과를 발현하고 있다고 생각된다.In addition, a conductive auxiliary agent having a relatively large aspect ratio inside the pores of the porous polymer metal complex conductor changes in rotation or position in the pores with the application of a voltage, so that the effective volume in the pores changes, It is thought that the switch effect is manifested by the change of the pore volume and the generation of the metal nanowire based on the diffusion of the metal ion in the electrode due to the voltage application and the reduction thereof and the disappearance of the metal nanowire based on this reverse reaction do.
본 발명의 미소 스위치에 사용되는 다공성 고분자 금속 착체 도전체는 네트워크 구조를 갖고 있다. 이 네트워크 구조는, 금속 이온 M과 배위자 L로 구성되고, 네트워크 구조의 차원성으로서는, 선형 고분자 착체가 규칙적으로 집합한 1차원 구조나, 면 형상의 2차원 네트워크 구조나, 정글짐 모양의 3차원 네트워크 구조 모두 취할 수 있다. 실제 재료는, 이들 차원에 관계없이, 단위 구조가 집합한 재료이고, 결정성 또는 비결정성의 고체이다. 1차원 구조나 2차원 구조의 경우는 재료 유연성을 나타내고, 3차원 구조의 경우에는 재료의 견뢰성을 나타내지만, 용도에 따라서 기본 네트워크를 선택할 수 있다.The porous polymer metal complex conductor used in the microswitch of the present invention has a network structure. The network structure is composed of the metal ions M and the ligands L. The dimensionality of the network structure may be a one-dimensional structure in which linear polymer complexes are regularly collected, a two-dimensional network structure in a planar shape, a three- All structures can be taken. The actual material, regardless of these dimensions, is a material in which the unit structures are aggregated, and is a crystalline or amorphous solid. In case of one-dimensional structure or two-dimensional structure, material flexibility is shown. In case of three-dimensional structure, fastness of material is shown, but a basic network can be selected according to use.
본 발명의 미소 스위치에 사용되는 고분자 금속 착체 도전체는 다공체이기 때문에, 물이나 알코올이나 에테르 등의 유기 분자에 접촉하면 구멍 내에 물이나 유기 용매를 함유하여, 예를 들어 식 (3)과 같은 복합 재료로 변화하는 경우가 있다.Since the polymer metal complex conductor used in the microswitch of the present invention is a porous body, if it comes into contact with organic molecules such as water or alcohol or ether, water or an organic solvent is contained in the pores and, for example, The material may be changed.
제1 전극|[MLx]n(D)y(G)z|제2 전극 (3)(ML x ) n (D) y (G) z |
(식 중, M은 원소 주기율표의 2 내지 13족에서 선택되는 금속 이온을 나타내고, L은 M에 배위할 수 있는 관능기를 2개 이상 그 구조 내에 함유하여 2개의 M과 가교할 수 있는 배위자를 나타내고, D는 다공성 고분자 금속 착체의 도전성을 향상할 수 있는 도전성 보조제를 나타낸다. x는 0.5 내지 4이고, y는 x 하나에 대하여 0.0001 내지 2이다. G는 후술과 같은 합성에 사용한 용매 분자나 공기 중의 물분자이고, 통상 게스트 분자라고 불리며, z는 금속 이온 1에 대하여 0.0001 내지 4이다. n은 [MLx]로 이루어지는 구성 단위의 반복수를 나타내고, n은 5 이상이다)(Wherein M represents a metal ion selected from Groups 2 to 13 of the Periodic Table of the Elements and L represents a ligand capable of cross-linking two M's by containing two or more functional groups capable of coordinating to M in its structure X is 0.5 to 4, and y is 0.0001 to 2 for x, and G is a solvent molecule used in the synthesis as described below or a metal complex in air Z is a number of 0.0001 to 4 with respect to the
그러나, 이들 복합 재료 중 상기 G로 표현되는 게스트 분자는, 고분자 금속 착체 도전체에 약하게 결합되어 있을 뿐이며, 스위치에 이용할 때의 감압 건조 등으로 용이하게 제외되어, 원래 식 (2)로 표시되는 재료로 되돌아간다. 그 때문에, 식 (3)으로 표시되는 형태에서도, 본질적으로는 본 발명의 미소 스위치와 동일한 미소 스위치라 간주할 수 있다. 또한, G가 미소 스위치의 물성에 영향을 미치지 않는 양의, 물질인 경우에는, G를 함유한 채 그대로 사용할 수 있다. 한편, 특히 G가 이온성 물질의 세공 내 이동을 보조하는, 예를 들어 물과 같은 분자인 경우에는, 적극적으로 G를 함유하는 형태로 본 스위치를 이용하는 것이 가능하다.However, among these composite materials, the guest molecule represented by G is merely weakly bonded to the polymer metal complex conductor, and is easily removed by vacuum drying or the like when used in a switch. Thus, the guest molecule represented by the formula (2) Lt; / RTI > Therefore, even in the form represented by the formula (3), it can be regarded essentially as a micro switch similar to the micro switch of the present invention. When G is a substance in such an amount that does not affect the physical properties of the microswitch, it can be used as it is while containing G. On the other hand, in the case where G is a molecule, for example, water, which assists in the pore movement of the ionic substance, it is possible to use this switch in a form containing G positively.
<다공성 고분자 금속 착체 도전체의 합성 방법>≪ Synthesis method of porous polymer metal complex conductor >
본 발명의 다공성 고분자 금속 착체 도전체는 이하와 같이 제조할 수 있다. 식 (1)의, [MLx]n(D)y로 나타나는 다공성 고분자 금속 착체 도전체는, 도전성 보조제 D를 식 (4)로 표시되는 다공성 고분자 금속 착체에 첨가함으로써, 얻을 수 있다.The porous polymeric metal complex conductor of the present invention can be produced as follows. The porous polymer metal complex conductor represented by [ML x ] n (D) y in the formula (1) can be obtained by adding the conductive auxiliary agent D to the porous polymer metal complex represented by the formula (4).
[MLx]n (4)[ML x ] n (4)
(식 중, M, L, x는 상술한 바와 같고, n은 [MLx]로 이루어지는 구성 단위의 반복수를 나타내고, n은 5 이상이다)(Wherein M, L, and x are as defined above, n represents the number of repeating structural units of [ML x ], and n represents 5 or more)
상기 식 (4)로 나타나는 다공성 고분자 금속 착체는, 기지의 방법으로 합성되는 기지의 다공성 고분자 금속 착체를 이용할 수 있다. 구체적으로는 금속 이온과 배위자의 용액 중 혹은 고상에서의 반응에 의해 얻는 것이 가능하다.As the porous polymer metal complex represented by the formula (4), a known porous polymer metal complex synthesized by a known method can be used. Specifically, it can be obtained by a reaction in a solution or solid phase of a metal ion and a ligand.
다공성 고분자 금속 착체의 조제 방법은 다양한 조건이 있고, 일의적으로 결정할 수 있는 것은 아니지만, 일반적으로는, 금속 이온원으로서, 금속염(예를 들어 질산구리), 금속(구리 등), 금속 산화물(산화구리 등), 배위자로서, 배위좌를 2개 이상 갖는 유기 화합물, 예를 들어 테레프탈산, 트리메스산 등의 방향족 카르복실산류, 푸마르산, 시트르산 등의 지방족 카르복실산류, 이미다졸, 4,4'-비피리딘 등의 방향족성 질소 관능기를 갖는 화합물 및 그들의 치환 화합물을 예시할 수 있다. 반응 조건으로서는, 물, 알코올, DMF 등의 용매를 사용한 용액법, 용액을 사용하지 않는 고상법 등을 들 수 있다. 예를 들어, Cheetham 외, Angew. Chem. Int. Ed. (2010) 9640, Yaghi 외, Science (2009) 855, 시그마-알드리치사 팸플릿, 「재료 과학의 기초 7」 등의 문헌에 기초하여 합성할 수 있다.The method of preparing the porous polymeric metal complex has various conditions and can not be determined uniquely. Generally, the metal ion source includes a metal salt (e.g., copper nitrate), a metal (copper or the like), a metal oxide Copper and the like) and a ligand, an organic compound having two or more coordination sites such as aromatic carboxylic acids such as terephthalic acid and trimesic acid, aliphatic carboxylic acids such as fumaric acid and citric acid, imidazole, 4,4'- And compounds having an aromatic nitrogen functional group such as bipyridine and substituted compounds thereof. Examples of the reaction conditions include a solution method using a solvent such as water, alcohol or DMF, or a solid phase method without using a solution. For example, Cheetham et al., Angew. Chem. Int. Ed. (2010) 9640, Yaghi et al., Science (2009) 855, Sigma-Aldrich's pamphlet, Fundamentals of Materials Science 7.
<다공성 고분자 금속 착체에 대한 도전성 보조제의 첨가 방법>≪ Method of Adding Conductive Adjuvant to Porous Polymer Metal Complex >
상기 (4)식으로 나타나는 다공성 고분자 금속 착체에, 도전성 보조제 D를 첨가함으로써 고분자 금속 착체 도전체를 얻을 수 있다. 첨가 방법은, 다공성 고분자 금속 착체와 도전성 보조제로 이루어지는 물질을 용액에 용해해서 첨가하는 방법, 도전성 보조제를 용해한 용매에 다공성 고분자 금속 착체를 침지하고, 세공 내에 상기 도전성 보조제를 용해한 용매를 도입하는 방법, 다공성 고분자 금속 착체와 도전성 보조제를 고상으로 혼합해서 첨가하는 방법, 도전성 보조제가 액체인 경우, 용매를 사용하지 않고 다공성 고분자 금속 착체와 혼합해서 첨가하는 방법, 도전성 보조제를 가열해서 기화시켜 다공성 고분자 금속 착체에 폭로시켜 첨가하는 방법, 다공성 고분자 금속 착체의 원료인 금속 이온과, 배위자로 이루어지는 물질과, 도전성 보조제를, 액체 중 혹은 고상에서 반응시켜서 첨가하는 방법 등을 들 수 있다.The polymeric metal complex conductor can be obtained by adding the conductive auxiliary agent D to the porous polymeric metal complex represented by the formula (4). A method of adding a substance comprising a porous polymeric metal complex and a conductive auxiliary agent dissolved in a solution, a method of immersing a porous polymeric metal complex in a solvent in which a conductive auxiliary agent is dissolved, introducing a solvent in which the conductive auxiliary agent is dissolved in the pores, A method in which a porous polymer metal complex and a conductive auxiliary agent are mixed and added in a solid phase; a method in which a conductive auxiliary agent is a liquid; a method in which a conductive auxiliary agent is mixed with a porous polymeric metal complex without using a solvent; A method in which a metal ion as a raw material of a porous polymeric metal complex, a substance comprising a ligand, and a conductive auxiliary agent are reacted in a liquid or solid phase and added.
도전성 보조제를 용액에 용해해서 첨가하는 방법은, 온화한 조건에서 행할 수 있다는 이점이 있다. 고상에서 첨가하는 방법은 용매가 불필요하고, 또한 도전성 보조제를 기화시켜서 첨가하는 방법은, 기화 시에 도전성 보조제가 고순도화된다는 이점이 있다. 다공성 고분자 금속 착체의 원료인 금속 이온, 배위자 물질, 도전성 보조제를, 액체 중 혹은 고상에서 반응시켜 첨가하는 방법은, 세공의 윈도우가 도전성 보조제보다 작은 다공성 고분자 금속 착체에 도전성 보조제를 첨가할 수 있다는 등의 이점이 있다. 이들 이점을 고려하여, 사용하는 다공성 고분자 금속 착체나 도전성 보조제의 종류, 얻어진 재료의 용도에 따라서 첨가 방법을 선택할 수 있다.The method of dissolving the conductive auxiliary agent in a solution and adding it has the advantage that it can be carried out under mild conditions. The method of adding in the solid phase does not require a solvent, and the method of adding the conductive auxiliary agent by vaporizing has an advantage that the conductive auxiliary agent is highly purified at the time of vaporization. The method of adding a metal ion, a ligand material, or a conductive auxiliary agent as a raw material of a porous polymeric metal complex in a liquid or a solid phase by reacting may include adding a conductive auxiliary agent to a porous polymeric metal complex having a pore window smaller than that of the conductive auxiliary agent . Considering these advantages, the addition method can be selected depending on the kind of the porous polymer metal complex and the conductive auxiliary agent to be used and the use of the obtained material.
<도전성 보조제 D><Conductive auxiliary agent D>
도전성이 낮은 다공성 고분자 금속 착체에 도전성을 부여하기 위해서, 도전성 보조제 D의 첨가가 필수이다. 다공성 고분자 금속 착체에 도전성을 부여할 수 있는 재료로서는, 자신이 산화 환원을 행하는 물질, 예를 들어 페로센 등도 예시 할 수 있지만, 산화 환원성의 재료는, 다공성 고분자 금속 착체의 세공 내에 생성되는 금속 나노 와이어와 상호 작용하여, 스위치 기능이 저하될 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 이 때문에, 탄소-탄소 다중 결합을 분자 내에 갖고, 황, 질소 등의 헤테로 원자를 함유하는 도너형 및 또는 억셉터형 물질이나 테트라플루오르붕산테트라메틸암모늄과 같은 전하를 갖는 유기물이 바람직하다.It is necessary to add the conductive auxiliary agent D in order to impart conductivity to the porous polymeric metal complex having low conductivity. Examples of the material capable of imparting conductivity to the porous polymeric metal complex include a substance that performs oxidation and reduction by itself, such as ferrocene. However, the redoxic material may be a metal nanowire formed in the pores of the porous polymer metal complex So that there is a possibility that the switch function is deteriorated. For this reason, organic materials having a carbon-carbon multiple bond in the molecule and having a charge such as a donor type or acceptor type substance containing a hetero atom such as sulfur or nitrogen or tetramethylammonium tetrafluoroborate are preferable.
또한, 도전성 보조제 D는 금속 원소를 포함하지 않는다. 페로센 등과 같이 금속 원소를 포함하는 물질을 도전성 보조제 D로서 사용하면, 상기 금속 원소가 금속 와이어 생성 및 생성한 와이어의 단열을 저해하게 되어, 바람직하지 않다.Further, the conductive auxiliary agent D does not contain a metal element. Ferrocene or the like is used as the conductive auxiliary agent D, it is not preferable because the metal element inhibits the heat generation of the metal wire and the resulting wire.
도전성 보조제 D로서 사용하는 물질로서는, 탄소-탄소 다중 결합을 분자 내에 갖고, 황, 질소 등의 헤테로 원자를 함유하는 물질을 들 수 있다.Examples of the substance used as the conductive auxiliary agent D include a substance having a carbon-carbon multiple bond in its molecule and containing a hetero atom such as sulfur or nitrogen.
혹은, 도전성 보조제 D로서 사용하는 물질로서는, 탄소-탄소 다중 결합을 분자 내에 갖고, 또한 상기 탄소-탄소 다중 결합에 대하여, 전자 흡인성기 또는 전자 공여성기가 결합되어 있는 도전성 보조제, 혹은 공액계가 발달한 방향족 화합물을 들 수 있다. 상기 전자 흡인성기 또는 전자 공여성기로서는, 예를 들어 시아노기, 카르보닐기, 아미노기, 이미노기, 황 원자 등을 들 수 있다. 상기 공액계가 발달한 방향족 화합물이란, 이중 결합, 삼중 결합이 적어도 7개 이상 공액하여, 휘켈 규칙을 만족시키고 있는 것으로 방향족 화합물이라 간주되는 물질을 가리킨다. 이 물질은, 다수 공액한 이중 결합, 삼중 결합의 존재에 의해 전자의 비국재화가 가능하게 된다. 상기 공액계가 발달한 방향족 화합물로서는, 예를 들어 풀러렌류를 들 수 있다.Alternatively, as the material used as the conductive auxiliary agent D, a conductive auxiliary agent having a carbon-carbon multiple bond in the molecule and having an electron-attracting group or an electron-donating group bonded to the carbon-carbon multiple bond, or a conductive auxiliary agent having a conjugated system Aromatic compounds. Examples of the electron-withdrawing group or electron-donating group include a cyano group, a carbonyl group, an amino group, an imino group, and a sulfur atom. The aromatic compound in which the above conjugated system is developed refers to a substance which is conjugated with at least seven double bonds or triple bonds and which is regarded as an aromatic compound because it satisfies the Finkel's rule. This material enables the non-localization of electrons by the presence of multiple conjugated double bonds, triple bonds. As the aromatic compound in which the conjugated system has been developed, for example, fullerenes can be cited.
탄소-탄소 다중 결합은, 다공성 고분자 금속 착체에 함유되는 금속 이온 M이나, 배위자 L에 포함되는 극성을 갖고 있는 산소나 질소 등의 헤테로 원자와의 상호 작용을 통해서 다공성 고분자 금속 착체에 도전성을 부여하고 있다고 생각된다. 또한, 도전성 보조제 내의 황, 질소 등의 헤테로 원자는, 도전성 보조제 내의 탄소-탄소 다중 결합에 전자의 치우침을 일으키게 하여, 다공성 고분자 금속 착체와 도전성 보조제의 상호 작용을 강화하고 있다고 생각된다.The carbon-carbon multiple bond imparts conductivity to the porous polymeric metal complex through interaction with the metal ion M contained in the porous polymeric metal complex or with a heteroatom such as oxygen or nitrogen contained in the ligand L . It is also believed that the heteroatoms such as sulfur and nitrogen in the conductive adjuvant cause electrons to be biased to the carbon-carbon multiple bonds in the conductive adjuvant to enhance the interaction between the porous polymeric metal complex and the conductive adjuvant.
도전성 보조제 D의 구체예로서는, 도너형 분자를 제공하는 물질로서 비스(에틸렌디티오)테트라티아풀발렌, 비스(메틸렌디티오)테트라티아풀발렌, 비스(트리메틸렌디티오)테트라티아풀발렌, 비스(에틸렌디티오)테트라티아풀발렌-d8, 디메틸테트라티아풀발렌, 포르밀테트라티아풀발렌, 프탈로시아닌류, 테트라티아풀발렌, 테트라키스(메틸티오)테트라티아풀발렌, 테트라키스(펜틸티오)테트라티아풀발렌, 테트라키스(디메틸아미노)에틸렌, 트리스(테트라티아풀발렌)비스(테트라플루오로보레이트)컴플렉스, 테트라키스(에틸티오)테트라티아풀발렌, 테트라티아풀발렌-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄컴플렉스, 2,3,6,7-테트라키스(2-시아노에틸티오)테트라티아풀발렌 등을 들 수 있다.Specific examples of the conductive auxiliary agent D include bis (ethylene dithio) tetrathiafulvalene, bis (methylenedithio) tetrathiafulvalene, bis (trimethylene dithio) tetrathiafulvalene, bis (Ethylene dithio) tetrathiafulvalene-d 8 , dimethyl tetrathiafulvalene, formyl tetrathiafulvalene, phthalocyanines, tetrathiafulvalene, tetrakis (methylthio) tetrathiafulvalene, tetrakis ) Tetrathiafulvalene, tetrakis (dimethylamino) ethylene, tris (tetrathiafulvalene) bis (tetrafluoroborate) complex, tetrakis (ethylthio) tetrathiafulvalene, tetrathiafulvalene- 8,8-tetracyanoquinodimethane complex, 2,3,6,7-tetrakis (2-cyanoethylthio) tetrathiafulvalene and the like.
상기 물질 중, 분자가 작고, 다양한 크기의 세공을 갖는 다공성 고분자 금속착체에 첨가할 수 있다는 점에서, 비스(에틸렌디티오)테트라티아풀발렌, 비스(메틸렌디티오)테트라티아풀발렌, 테트라키스(디메틸아미노)에틸렌, 테트라티아풀발렌-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄컴플렉스 등을 적합하게 사용할 수 있다. 단, 다공성 고분자 금속 착체가 구리 이온을 함유하고 있는 경우에는, 테트라시아노퀴노디메탄은, 구리 이온과의 상호 작용이 강해져서, 세공 내에서의 도전성 보조제의 운동성이 저하되고, 그 결과로서 스위치의 응답 속도가 저하되므로, 다공성 고분자 금속 착체가 구리 이온을 함유하고 있는 경우에는 테트라시아노퀴노디메탄 이외의 도전성 보조제를 사용하는 것이 바람직하다.Among these materials, bis (ethylene dithio) tetrathiafulvalene, bis (methylenedithio) tetrathiafulvalene, tetrakispulvalene, tetrakispulvalene in view of being small and capable of being added to porous polymer metal complexes having various sizes of pores, (Dimethylamino) ethylene, tetrathiafulvalene-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane complex, and the like can be suitably used. However, when the porous polymeric metal complex contains copper ions, the interaction of the tetracyanoquinodimethane with the copper ion is strengthened, and the mobility of the conductive auxiliary agent in the pores is lowered. As a result, It is preferable to use a conductive auxiliary agent other than tetracyanoquinodimethane when the porous polymeric metal complex contains copper ions.
억셉터형 분자를 제공하는 물질로서는, 치환, 비치환된 1,4-벤조퀴논류, 비스(테트라부틸암모늄)비스(말레오니트릴디티오라토)니켈(II)컴플렉스, 1,3-비스(디시아노메틸리덴)인단, 비스(테트라부틸암모늄)비스(1,3-디티올-2-티온-4,5-디티올라토)팔라듐(II), 비스(테트라부틸암모늄)테트라시아노디페노퀴노디메타니드, 치환, 비치환된 풀러렌류, 2,5-디메틸-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄, 테트라플루오로테트라시아노퀴노디메탄, 11,11,12,12-테트라시아노나프토-2,6-퀴노디메탄 등의 테트라시아노퀴노디메탄류, 테트라시아노에틸렌, 3,3',5,5'-테트라-tert-부틸-4,4'-디페노퀴논을 들 수 있다.Examples of the substance providing the acceptor molecule include substituted or unsubstituted 1,4-benzoquinones, bis (tetrabutylammonium) bis (malononyldithiolato) nickel (II) complexes, 1,3-bis Bis (tetrabutylammonium) bis (1,3-dithiol-2-thione-4,5-dithiolato) palladium (II), bis (tetrabutylammonium) tetracyano diphenoquinone Nordimanide, substituted and unsubstituted fullerenes, 2,5-dimethyl-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, tetrafluoro Tetracyanoquinodimethanes such as rutetracyanoquinodimethane and 11,11,12,12-tetracyanoantho-2,6-quinodimethane, tetracyanoethylene, 3,3 ', 5, 5'-tetra-tert-butyl-4,4'-diphenoquinone.
상기 물질 중, 분자가 작고, 다양한 크기의 세공을 갖는 다공성 고분자 금속 착체에 첨가할 수 있다는 점에서, 치환, 비치환된 1,4-벤조퀴논류, 비스(테트라부틸암모늄)비스(말레오니트릴디티오라토)니켈(II)컴플렉스, 1,3-비스(디시아노메틸리덴)인단, 비스(테트라부틸암모늄)테트라시아노디페노퀴노디메타니드, 2,3-디클로로-5,6-디시아노-1,4-벤조퀴논, 2,5-디메틸-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄, 테트라시아노에틸렌, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄을 적합하게 사용할 수 있다.Among the above materials, it is preferable to use a substituted or unsubstituted 1,4-benzoquinone, bis (tetrabutylammonium) bis (malononitrile) in view of being capable of being added to a porous polymer metal complex having small pores and various sizes of pores Dithiolato) nickel (II) complex, 1,3-bis (dicyanomethylidene) indane, bis (tetrabutylammonium) tetracyano diphenoquinodimanide, 2,3-dichloro-5,6-
특히 테트라티아풀발렌 골격을 갖는 도전성 보조제는, 재료의 내구성이 향상된다는 점에서 우수하다. 특히 테트라시아노에틸렌 및, 관능기가 치환한 테트라시아노퀴노디메탄형의 도전성 보조제는 응답 속도가 빠르다는 점에서 우수하다.In particular, the conductive auxiliary agent having a tetratriafulvalene skeleton is excellent in that the durability of the material is improved. In particular, tetracyanoethylene and a conductive auxiliary agent of the tetracyanoquinodimethane type substituted with a functional group are excellent in that the response speed is high.
또한, 도전성 보조제 D에는, 이온성 액체 등의 전하를 갖는 유기물의 첨가도 바람직하다. 테트라플루오르붕산테트라에틸암모늄과 같은 4급 암모늄염류, 트리부틸헥사데실포스포늄브로마이드와 같은 포스포늄염류, 나트륨디시아나미드의 같은 아민-알칼리 금속 이온 컴플렉스, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨브로마이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨요오다이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 p-톨루엔술포네이트와 같은 이미다졸륨염류, 1-아미노피리디늄요오다이드, 1,1'-디-n-옥틸-4,4'-비피리디늄디브로마이드와 같은 피리디늄염류, 1-부틸-1-메틸피페리디늄브로마이드와 같은 피페리디늄염류, 트리에틸술포늄비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드와 같은 술포늄염류 등의 염류를 들 수 있다. 또한, 도전성 보조제 D와의 이온적인 상호 작용이 강하여, 도전 성능을 높일 수 있다는 점에서, 피리디늄염류, 암모늄염류, 술포늄염, 포스포늄염류를 적합하게 사용할 수 있다. 특히 암모늄염, 피리디늄염 유형의 도전성 보조제는 메모리 기능의 내구성의 점에서 우수하다.It is also preferable to add an organic substance having a charge such as an ionic liquid to the conductive auxiliary agent D. [ Quaternary ammonium salts such as tetraethylammonium tetrafluoroborate, phosphonium salts such as tributylhexadecylphosphonium bromide, the same amine-alkali metal ion complexes of sodium dicyanamide, 1-butyl-3-methylimidazolium bromide , Imidazolium salts such as 1-butyl-3-methylimidazolium iodide and 1-ethyl-3-methylimidazolium p-toluenesulfonate, 1-aminopyridinium iodide, Pyridinium salts such as di-n-octyl-4,4'-bipyridinium dibromide, piperidinium salts such as 1-butyl-1-methylpiperidinium bromide, triethylsulfonium bis (trifluoromethane And sulfonium salts such as sulfonyl imide. In addition, pyridinium salts, ammonium salts, sulfonium salts and phosphonium salts can be suitably used because they have strong ionic interaction with the conductive auxiliary agent D and can enhance the conductive performance. In particular, the conductive adjuvants of the ammonium salt and pyridinium salt type are superior in terms of durability of the memory function.
상기 도전성 보조제 D는 용도에 따라서 2종류 이상을 혼합해서 사용할 수 있다.The conductive auxiliary agent D may be used in a mixture of two or more kinds, depending on the application.
상기 도전성 보조제 D의 함유량은, 상기 다공성 고분자 금속 착체 도전체에 대하여 0.001 내지 30질량%인 것이 바람직하고, 0.005 내지 15질량%인 것이 보다 바람직하다.The content of the conductive auxiliary agent D is preferably 0.001 to 30 mass%, more preferably 0.005 to 15 mass% with respect to the porous polymer metal complex conductor.
<금속 이온 M><Metal ion M>
본 발명의 미소 스위치에 사용되는 다공성 고분자 금속 착체 [MLx]는, 금속 이온 M과 배위자 L로 형성되어 있다. 금속 이온 M종의 선택은, 스위칭 특성에 영향을 미친다.The porous polymer metal complex [ML x ] used in the microswitch of the present invention is formed of a metal ion M and a ligand L. The choice of metal ion M species affects switching characteristics.
본 발명의 미소 스위치에 사용되는 다공성 고분자 금속 착체를 구성하고 있는 금속 이온 M은, 원소 주기율표의 2 내지 13족에서 선택되는 2가, 3가, 4가의 금속 이온이다. 안정성이 높은 다공성 고분자 금속 착체가 형성된다는 점에서는, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 세륨, 스칸듐, 지르코늄, 루테늄, 로듐, 카드뮴, 레늄 등이 바람직하다. 도전성 보조제와의 친화성이 높고, 도전성이 높아지기 쉽다는 점에서는, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 지르코늄이 바람직하다. 메모리 효과의 응답 속도가 높다는 점에서는, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 아연, 세륨, 스칸듐, 지르코늄, 루테늄, 로듐, 카드뮴, 레늄을 적합하게 사용할 수 있다. 미소 스위치(스위칭 소자)의 내구성이 높다는 점에서, 철, 코발트, 니켈, 아연, 지르코늄이 바람직하다. 이들의 금속 이온 M은, 2종류 이상을 혼합해서 사용해도 된다.The metal ion M constituting the porous polymeric metal complex used in the microswitch of the present invention is a divalent, trivalent or tetravalent metal ion selected from Groups 2 to 13 of the Periodic Table of the Elements. Chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, cerium, scandium, zirconium, ruthenium, rhodium, cadmium and rhenium are preferable from the viewpoint of forming a highly stable porous polymer metal complex. Iron, cobalt, nickel, copper, zinc and zirconium are preferable from the viewpoint of high affinity with the conductive auxiliary agent and high easiness of conductivity. Chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc, cerium, scandium, zirconium, ruthenium, rhodium, cadmium and rhenium can be suitably used in view of the high response speed of the memory effect. Iron, cobalt, nickel, zinc, and zirconium are preferable in that the durability of the micro switch (switching element) is high. These metal ions M may be used by mixing two or more kinds thereof.
금속 이온 M이 구리 이온이며, 전극의 활성 금속으로서 구리를 사용하는 경우에는, 전극 금속으로부터 용출한 구리 이온이 나노 와이어가 되는 것을, PCP 중의 구리 이온이 저해하여, 도전성이 저하되는 경향이 있기 때문에, 구리 이외의 금속 이온이 바람직하다.When the metal ion M is a copper ion and copper is used as the active metal of the electrode, the copper ion in the PCP tends to deteriorate because the copper ion eluted from the electrode metal becomes a nanowire , And metal ions other than copper are preferable.
본 발명의 미소 스위치에 사용되는 다공성 고분자 금속 착체는, 금속 이온 M과 배위자 L로 형성되어 있다. 배위자 L종은, 스위칭 특성에 영향을 미친다. 이하 그 설명을 행한다.The porous polymeric metal complex used in the microswitch of the present invention is formed of a metal ion M and a ligand L. The ligand L species affects the switching characteristics. Hereinafter, the description will be given.
<배위자 L>≪ Ligand L >
배위자 L은 금속 이온 M에 배위할 수 있는 관능기를 2개 이상 그 구조 내에 함유하고, 2개의 금속 이온 M과 가교할 수 있는 배위자이다.The ligand L is a ligand capable of containing two or more functional groups capable of coordinating to the metal ion M in its structure and capable of crosslinking with two metal ions M.
이러한 배위자 물질로서는, 치환, 비치환된 테레프탈산, 이소프탈산, 2.6-나프탈렌디카르복실산, 4.4'-비페닐디카르복실산 등의 디카르복실산, 치환, 비치환된 트리메스산, 1,2,4-나프탈렌트리카르복실산, 2,5,7-나프탈렌트리카르복실산 등의 트리카르복실산, 치환, 비치환된 1,2,4,5-벤젠테트라카르복실산, 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실산 등의 테트라카르복실산류, 치환, 비치환된 4,4'-비피리딘, 1,4-(4-피리딜)벤젠과 같은 비피리딜류, 치환, 비치환된 이미다졸류, 벤즈이미다졸류를 들 수 있다.Examples of such ligand materials include dicarboxylic acids such as substituted and unsubstituted terephthalic acid, isophthalic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, and 4,4'-biphenyldicarboxylic acid, substituted and unsubstituted trimesic acid, Tricarboxylic acids such as 2,4-naphthalenetricarboxylic acid and 2,5,7-naphthalenetricarboxylic acid, substituted and unsubstituted 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acids, 1,4 , Tetracarboxylic acids such as 5,8-naphthalenetetracarboxylic acid and the like, substituted or unsubstituted 4,4'-bipyridine, bipyridyl such as 1,4- (4-pyridyl) benzene, Substituted imidazoles, and benzimidazoles.
안정성이 높은 다공성 고분자 금속 착체가 형성된다는 점에서, 치환, 비치환된 테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 4.4'-비페닐디카르복실산 등의 디카르복실산, 치환, 비치환된 4,4'-비피리딘, 1,4-(4-피리딜)벤젠과 같은 비피리딜류를 적합하게 사용할 수 있다. 이들의 배위자는, 2종류 이상을 혼합해서 사용해도 된다.Dicarboxylic acids such as substituted and unsubstituted terephthalic acid, isophthalic acid, 2,6-naphthalene dicarboxylic acid and 4.4'-biphenyldicarboxylic acid, and substituted and unsubstituted dicarboxylic acids such as substituted and unsubstituted dicarboxylic acids , Unsubstituted 4,4'-bipyridine, and 1,4- (4-pyridyl) benzene can be suitably used. These ligands may be used in a mixture of two or more kinds.
테레프탈산이나, 이소프탈산과 같은, 카르복실기가 벤젠환에 대하여 2개 결합되어 있는 배위자 물질은, 벤젠환의 전자 밀도가 낮아져서, 금속 이온과의 상호 작용이 작아지고, 금속 이온의 확산 속도, 나노 와이어의 성장, 소실 속도가 향상되고, 응답 속도가 향상된다는 점에서 바람직하다.The ligand material in which two carboxyl groups are bonded to the benzene ring, such as terephthalic acid and isophthalic acid, has a low electron density of the benzene ring, so that the interaction with the metal ion becomes small, and the diffusion rate of the metal ion, , The dissolution rate is improved, and the response speed is improved.
비페닐디카르복실산과 DABCO(1,4-디아자비시클로[2.2.2]옥탄)와 같은, 크기가 다른 산성 배위자 물질과 염기성 배위자 물질의 조합은, 이방성 세공을 갖는 다공성 고분자 금속 착체가 얻어지기 쉽다는 점에서 바람직하다.The combination of acidic ligand materials of different sizes and basic ligand materials, such as biphenyldicarboxylic acid and DABCO (1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane), is preferred because the porous polymeric metal complex having anisotropic pores is obtained It is preferable because it is easy.
형성되는 다공성 고분자 금속 착체의 세공에는, 1차원, 2차원, 3차원의 3종의 차원이 존재한다. 도 2에 그들 개념도를 나타낸다. 결정격자를 입방체라 가정한 경우, 대면에만 관통 구멍이 존재하는 것이 1차원 세공, 4면에 관통 구멍이 존재하는 것이 2차원 세공, 6면 모두 관통 구멍이 존재하는 것이 3차원 세공이다. 네트워크 구조의 차원성과 세공의 차원성에는 직접적인 관계성은 없고, 네트워크 구조나 배위자의 크기로, 3차원 네트워크 구조이며, 3차원 세공을 갖는 것, 2차원 세공을 갖는 것, 1차원 세공을 갖는 것 등이 존재한다. 네트워크 구조의 차원성은 전술한 바와 같이, 다공성 고분자 금속 착체의 유연성 등에 영향을 미치지만, 세공의 차원성은, 세공 내의 금속 이온의 확산, 나노 와이어의 성장에 영향을 미치고, 결과로서 전기 특성에 큰 영향을 미친다.There are three types of pores of the formed porous polymer metal complex, one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional. Fig. 2 is a conceptual diagram thereof. When the crystal lattice is assumed to be a cubic body, it is a three-dimensional pore that one-dimensional pores exist in only the opposite surface, two-dimensional pores exist in the four surfaces, and through holes exist in all six surfaces. There is no direct relation to the dimensionality of the network structure and the dimensionality of the pore. The network structure or the size of the ligature is a three-dimensional network structure, which has three-dimensional pores, two-dimensional pores, one- Lt; / RTI > As described above, the dimensional structure of the network structure influences the flexibility of the porous polymeric metal complexes, but the dimensional purity of the pores affects the diffusion of the metal ions in the pores and the growth of the nanowires. As a result, .
3차원 세공은, 활성 금속 이온은 확산성이 높고, 또한 나노 와이어가 다방면으로 성장할 수 있다는 점에서, 도전성이 높은 재료가 얻어지고, 응답 속도가 우수하다. 또한, 나노 와이어가 다방면으로 신장되는 특징을 이용하여, 크로스 포인트의 CB-RAM을 형성 가능하며, 즉 메모리 소자에 대한 배선의 문제를 해결할 수 있다는 점에서 우수하다.In the three-dimensional pores, active metal ions are highly diffusible, and nanowires can grow in many directions, so that a material having high conductivity is obtained, and the response speed is excellent. Further, it is excellent in that CB-RAM of a cross point can be formed by using the feature that the nanowires extend in many directions, that is, the problem of wiring to the memory device can be solved.
2차원 세공은, 3차원 세공에 비하여, 나노 와이어의 성장 방향이 한정되기 때문에, 보다 작은 미세 스위치의 설계가 가능하게 된다. 1차원 세공은, 2차원 세공보다 더 나노 와이어의 성장 방향이 한정되기 때문에, 보다 미세한 스위치의 설계가 가능해짐과 함께, 나노 와이어가 선 형상이 되고, 강성이 낮아지기 때문에, 나노 와이어의 성장, 소실에 수반하는 다공성 고분자 금속 착체에 대한 응력 발생이 저감되어, 반복 특성이 우수하다.Since the direction of growth of nanowires is limited in the two-dimensional pores compared to the three-dimensional pores, a smaller fine switch can be designed. Since the direction of growth of the nanowire is limited more than that of the two-dimensional pores, the one-dimensional pores enable the design of a finer switch, the nanowire becomes a linear shape, and the stiffness is lowered. The occurrence of stress on the porous polymer metal complex accompanied with the reduction of the stress is reduced and the repetitive characteristics are excellent.
<세공의 이방성><Anisotropy of workpieces>
도 3에 도시한 바와 같이, 결정격자를 입방체라 가정한 경우, 각 면에 개방되어 있는 세공 직경이 동일하지 않은 경우가 이방성 세공이다. 각 면에 개방되어 있는 세공 직경이 동일한 경우가 등방성 세공이다. 이방성 세공을 이용함으로써, 세공의 차원성이 3차원이었다 하더라도, 어느 방위에만 금속 나노 와이어를 성장시키는 것이 가능하게 되어, 2차원 세공 혹은 1차원 세공을 갖는 다공성 고분자 금속 착체를 이용한 경우와 마찬가지 효과가 얻어지는 경우가 있다.As shown in Fig. 3, when the crystal lattice is assumed to be a cubic body, the case where the pore diameters opened on each surface are not the same is anisotropic pores. The open pore diameter on each side is the isotropic pore. By using the anisotropic pores, it is possible to grow the metal nanowires in only one direction, even if the dimensionality of the pores is three-dimensional, and the same effect as in the case of using the porous polymer metal complex having two-dimensional pores or one- May be obtained.
또한, 도 3에 도시하는 바와 같은 이방성 세공을 갖는 PCP를 이용한 경우, 도전성 보조제가 국소적인 도핑이 가능하게 된다. 예를 들어, 어떤 도전성 보조제(이하, 도전성 보조제 a라 호칭한다)를 다공성 고분자 금속 착체 전체에 침지한 후, 용매 등에 도전성 보조제 a를 함유한 다공성 고분자 금속 착체를 침지하면, 도면의 상하 방향의 세공 직경이 크기 때문에, 상하 방향으로만 도전성 보조제 a가 빠져 나간다. 그 결과, 결정의 중심에 층 형상으로 도전성 보조제의 첨가가 가능하게 된다. 이 재료를, 이번에는 별도의 도전성 보조제(이하, 도전성 보조제 b라 호칭한다)에 침지하는 것으로, 도전성 보조제 b는 세공 직경이 큰 상하 방향으로부터만 진입하기 때문에, 도전성 보조제 a층의 상하로 도전성 보조제 b층을 형성하는 것이 가능하게 된다.In the case of using PCP having anisotropic pores as shown in Fig. 3, the conductive auxiliary agent can be locally doped. For example, when a certain conductive auxiliary agent (hereinafter referred to as conductive auxiliary agent a) is immersed in the entire porous polymer metal complex and the porous polymer metal complex containing the conductive auxiliary agent a is immersed in a solvent or the like, Since the diameter is large, the conductive auxiliary agent a escapes only in the vertical direction. As a result, it becomes possible to add the conductive auxiliary agent in the form of a layer at the center of the crystal. Since this material is immersed in a separate conductive auxiliary agent (hereinafter referred to as conductive auxiliary agent b) this time, the conductive auxiliary agent b enters only from the upper and lower directions in which the pore diameters are large, it is possible to form a b layer.
또한, 금속 기판 상에 형성된 이방성을 갖는 다공성 고분자 금속 착체에서 이 도전성 보조제 a의 도핑, 이방성을 이용한 탈도프, 도전성 보조제 b의 도프 조작을 행한 경우, 도전성 보조제는 기판이 존재하지 않는 방향으로만 탈도프하기 때문에, 도펀트 a, b의 적층체가 얻어진다. 도펀트 a, b를 각각 p형n형으로 함으로써 pnp 접속, pn 접속 소자의 형성이 가능하게 된다.When doping of the conductive auxiliary agent a, undoping using the anisotropy, and dope operation of the conductive auxiliary agent b in the anisotropic porous polymer metal complex formed on the metal substrate, the conductive auxiliary agent is removed only in the direction in which the substrate is not present Since the doping is carried out, a laminate of the dopants a and b is obtained. The pnp connection and the pn connecting element can be formed by making the dopants a and b each a p-type n-type.
<세공 직경의 영향><Influence of pore diameter>
세공 직경이 큰 다공성 고분자 금속 착체는, 전극 금속의 확산성이 높고, 또한 굵은 금속 나노 와이어가 형성되기 때문에, 응답 속도가 우수한 재료가 얻어진다. 세공 직경이 작은 다공성 고분자 금속 착체는, 전극 금속의 확산성이 낮고, 또한 가는 금속 나노 와이어가 형성되기 때문에, 재료의 응답 속도는 떨어지지만, 셀 사이즈를 작게 하는 것이 가능하게 되어, 보다 작은 스위치를 형성할 수 있다. 또한, 금속 나노 와이어가 가늘기 때문에, 나노 와이어의 형성, 소실에 수반하는 다공성 고분자 금속 착체에 대한 응력 발생이 작아, 재료의 내구성이 우수하다.A porous polymer metal complex having a large pore diameter has a high diffusibility of electrode metal and a thick metal nanowire, so that a material excellent in response speed can be obtained. The porous polymer metal complex having a small pore diameter has a low diffusion property of the electrode metal and forms a thin metal nanowire, so that the response speed of the material is low, but the cell size can be made small, . Further, since the metal nanowires are thin, the generation of stress on the porous polymer metal complex accompanying nanowire formation and disappearance is small, and the durability of the material is excellent.
<세공의 방위><Bearing of handwork>
이방성이 없는 삼차원 구조의 세공 이외는, 활성 금속 전극과 대향 전극 사이에 금속 나노 와이어가 성장하는 방위에 세공이 존재하고 있을 필요가 있다. 예를 들어, 1차원 세공이, 활성 금속 전극과 병행으로 존재하고 있어도, 도전성은 얻어지지 않고, 메모리 효과도 발현되지 않는다. 활성 금속 전극과 대향 전극 사이에 금속 나노 와이어가 성장하는 방위에 세공을 성장시키기 위해서는, 카르복실산류의 첨가나 앵커층의 이용 등의, 기존의 결정 방위를 제어하는 방법을 이용할 수 있다. 또한 박막 X선에 의해, 결정 중 세공의 방위를 확인하는 것이 가능하다.In addition to the pores having an anisotropic three-dimensional structure, it is necessary that pores exist in the direction in which the metal nanowires are grown between the active metal electrode and the counter electrode. For example, even if the one-dimensional pores exist in parallel with the active metal electrode, no conductivity is obtained, and no memory effect is produced. In order to grow the pores in the direction in which the metal nanowires are grown between the active metal electrode and the counter electrode, a method of controlling the conventional crystal orientation such as addition of carboxylic acids or utilization of an anchor layer can be used. It is also possible to confirm the orientation of the pores in the crystal by the thin film X-ray.
<PCP 네트워크 구조와 스위칭 특성의 설명><Description of PCP network structure and switching characteristics>
PCP의 네트워크 구조는, 도전성, 스위칭 특성에 영향을 미친다. 삼차원형 PCP란, 배위자와 금속 이온으로 구성되는, 네트워크 구조가 3차원의 정글짐 모양 상태인 PCP이다. 3차원 PCP는, 그 구조 때문에, 견뢰성이 우수하다. 즉, 메모리의 내구성의 특성의 점에서 우수하다.The network structure of the PCP affects conductivity and switching characteristics. The three-dimensional PCP is a PCP in which the network structure is composed of a ligand and a metal ion in a three-dimensional clogging state. The three-dimensional PCP is excellent in fastness because of its structure. That is, it is excellent in terms of characteristics of durability of memory.
2차원형 PCP란, 예를 들어 망과 같이, 금속 이온과 배위자로 형성되는 네트워크 구조가 2차원인 PCP이다. 네트워크 구조 자체는 2차원이지만, 이것이 다수 적층되는 것으로 결정 구조를 형성한다. 각 2차원의 네트워크간은, 약한 분자간 상호 작용이 작용하고 있을 뿐이기 때문에, 각 네트워크가 서로, 조금 어긋날 수 있어, 비교적 유연성이 우수하다. 이 때문에, 박막화했을 때에도, 외부 응력에 의해 균열이 생기기 어렵다는 등의 점에서 우수하다.The two-dimensional type PCP is, for example, a PCP in which the network structure formed of a metal ion and a ligand, such as a network, is two-dimensional. The network structure itself is two-dimensional, but many of these are stacked to form a crystal structure. Since only weak intermolecular interaction acts between each two-dimensional network, each network can be slightly deviated from each other, and the flexibility is comparatively excellent. Therefore, even when the film is made thin, it is excellent in that cracks do not easily occur due to external stress.
1차원형 PCP는 금속 이온과 배위자로 형성되는 네트워크가 선형 구조를 갖고 있는 PCP이다. 네트워크 구조 자체는 1차원이지만, 이것이 다수 적층됨으로써 결정 구조를 형성한다. 각 1차원의 네트워크간은, 약한 분자간 상호 작용이 작용하고 있을 뿐이며, 각 네트워크가 서로, 어긋날 수 있기 때문에, 유연성이 우수하다. 이 때문에, 나노 와이어의 형성, 소실을 반복해도 재료에 스트레스가 쌓이기 어려워, 응력 균열 등의 결함이 발생하기 어렵기 때문에, 반복 특성의 점에서 우수하다.One dimensional PCP is a PCP in which the network formed by metal ions and ligands has a linear structure. The network structure itself is one-dimensional, but many of these are stacked to form a crystal structure. Since each one-dimensional network has only weak intermolecular interaction, and each network can be displaced from each other, flexibility is excellent. Therefore, stress is hardly accumulated in the material even if the nanowire is repeatedly formed and removed, and defects such as stress cracks are unlikely to occur.
<다공성 고분자 금속 착체 도전체층의 형성 방법>≪ Method of forming a porous polymer metal complex conductor layer >
본 발명에서는, 기판 상에 다공성 고분자 금속 착체 도전체층을 형성한다.In the present invention, a porous polymer metal complex conductor layer is formed on a substrate.
<막 두께>≪ Thickness &
다공성 고분자 금속 착체 도전체의 층 두께는, 용도에 따라서 정할 수 있다. 메모리로서 이용하는 경우에는, 0.1 내지 1000㎚, 응답 속도의 속도 관점에서 0.3 내지 600㎚가 바람직하고, 1 내지 500㎚가 보다 바람직하다.The layer thickness of the porous polymer metal complex conductor can be determined depending on the application. When used as a memory, it is preferably from 0.1 to 1000 nm, and from a speed of a response speed is preferably from 0.3 to 600 nm, more preferably from 1 to 500 nm.
<형성 방법><Formation method>
다공성 고분자 금속 착체 도전체층의 형성은, 기지의 다양한 방법을 이용할 수 있다.The porous polymer metal complex conductor layer can be formed by various known methods.
(1) 침지법(1) Immersion method
침지법은, 기판(예를 들어, Au, Pt, W, Ru, In, Rh 등의 귀금속, 실리콘, 혹은 Cu, Ag, Zn, Co, Mn 등의 전이 금속, 혹은 Al에서 선택되는 금속판이나 그의 산화물의 판이고, 혹은 이들 금속이나 금속 산화물을 담지한 알루미나 등의 다공질 재료)에, 다공성 고분자 금속 착체의 형성의 토대가 되는 물질(이하, 「앵커재」라고 한다)로 층(이하, 「앵커층」이라고 한다)을 형성한 후에, 이것을, 다공성 고분자 금속 착체의 원료가 되는 배위자 물질, 금속 이온을 함유하는 용액에 침지하는 방법이다.The dipping method is a method in which a substrate (for example, a noble metal such as Au, Pt, W, Ru, In or Rh, silicon or a transition metal such as Cu, Ag, Zn, (Hereinafter referred to as " anchor material ") with a substance (hereinafter referred to as " anchor material ") that forms a base for forming a porous polymeric metal complex in a porous material such as alumina (Hereinafter referred to as a " layer ") is formed, and this is immersed in a solution containing a ligand material and a metal ion as a raw material of the porous polymeric metal complex.
이 변법으로서, 앵커층을 형성한 기판을, 배위자 용액, 금속 이온 용액에 교대로 침지함으로써, 스텝 와이즈로 다공성 고분자 금속 착체층을 형성시키는 방법이 있다. 본 방법은, 두께를 정밀하게 제어할 수 있다는 점에서 적합하다.As a variant, there is a method in which a substrate having an anchor layer formed thereon is immersed alternately in a ligand solution and a metal ion solution to form a porous polymer metal complex layer by a stepwise method. This method is suitable in that the thickness can be precisely controlled.
앵커재로서 이용할 수 있는 물질은, 분자의 일단부에 기판에 대하여 친화성을 갖는 관능기를 갖고, 역의 일단부에 다공성 고분자 금속 착체에 대하여 친화성을 갖는 관능기를 갖는 물질 등을 들 수 있다.The material usable as the anchor material includes a material having a functional group having affinity for the substrate at one end of the molecule and a functional group having affinity for the porous polymeric metal complex at one end of the opposite.
기판에 대하여 친화성을 갖는 관능기로서는, 티올, 카르복실산, 인산, 술폰산, 아미노기, 피리딜기 등을 들 수 있다. 다공성 고분자 금속 착체에 대하여 친화성을 갖는 관능기로서는, 카르복실산, 인산, 술폰산, 아미노기, 피리딜기 등을 들 수 있다.Examples of the functional group having affinity for the substrate include thiol, carboxylic acid, phosphoric acid, sulfonic acid, amino group, pyridyl group and the like. Examples of the functional group having affinity for the porous polymer metal complex include carboxylic acid, phosphoric acid, sulfonic acid, amino group, and pyridyl group.
구체적인 앵커재 물질로서는, 1위에 SH기, 6위에 카르복실기를 갖는 노르말 헥산, 1위에 SH기, 6위에 피리딜기를 갖는 노르말 헥산, 1위에 SH기, 6위에 술폰산기를 갖는 노르말 헥산 등을 들 수 있다. 앵커재 물질은, 반드시 헥실기를 가질 필요는 없고, 다양한 길이의 직쇄, 분지쇄의 알킬쇄나 방향족 화합물을 이용할 수 있다.Specific examples of the anchor materials include normal hexane having a SH group at the first position and carboxyl group at the sixth position, SH group at the first position, normal hexane having the pyridyl group at the sixth position, n-hexane having the SH group at the first position, . The anchor material does not necessarily have a hexyl group, and linear or branched chain alkyl chains or aromatic compounds having various lengths can be used.
앵커층으로서 이용되는 물질은, 분자의 양 말단에 관능기를 갖는 유기물 등을 들 수 있다. 즉, 일단부에 금속류와의 상호 작용을 갖는 티올 등의 관능기, 다른 쪽에, 금속 이온과 상호 작용할 수 있는 카르복실기나 피리딜기를 갖는 화합물이 바람직하다.Examples of the material used as the anchor layer include organic materials having functional groups at both ends of the molecule. That is, a compound having a functional group such as thiol having an interaction with a metal at one end and a carboxyl group or a pyridyl group capable of interacting with the metal ion at the other end is preferable.
구체적으로는, 2-머캅토에탄올, 3-머캅토프로판올, 4-머캅토부탄올, 5-머캅토펜탄올, 6-머캅토헥산올, 12-머캅토운데칸올 등의 알코올 등의 알코올류, 2-머캅토에탄산, 3-머캅토프로판산, 4-머캅토부탄산, 5-머캅토펜탄산, 6-머캅토헥산산, 12-머캅토운데칸산, 12-머캅토도데칸산, 4-(2-머캅토에틸)벤조산, 4-(4-머캅토부틸)벤조산, 4-(12-머캅토운데칸)벤조산 등을 들 수 있다.Specific examples include alcohols such as 2-mercaptoethanol, 3-mercaptopropanol, 4-mercaptobutanol, 5-mercaptopentanol, 6-mercaptohexanol, and 12- Mercaptohexanoic acid, 12-mercaptododecanoic acid, 12-mercaptododecanoic acid, 4- (2-mercaptohexanoic acid, 2-mercaptocarboxylic acid, Benzoic acid, 4- (4-mercaptobutyl) benzoic acid, and 4- (12-mercaptundecane) benzoic acid.
다공성 고분자 금속 착체가 치밀하게 형성된다는 점에서, 알킬기의 탄소수가 4 내지 12의 상기 알코올류, 카르복실산류나, 말단에 티올기를 갖고, 탄소수가 4-18의 노르말 알킬 말단 카르복실산이 적합하게 이용될 수 있다.From the viewpoint that the porous polymeric metal complex is densely formed, the above-mentioned alcohols, carboxylic acids and the like having an alkyl group of 4 to 12 carbon atoms and a n-alkyl-terminal carboxylic acid having a thiol group at the terminal and having 4 to 18 carbon atoms are suitably used .
앵커층의 두께는, 다공성 고분자 금속 착체가 치밀하게 형성된다는 점에서 0.5 내지 400㎚가 바람직하고, 1 내지 40㎚가 보다 바람직하다. 또한, 도전성을 저하시키지 않는다는 관점에서 0.3 내지 120㎚가 바람직하고, 2 내지 20㎚가 보다 바람직하다.The thickness of the anchor layer is preferably from 0.5 to 400 nm, more preferably from 1 to 40 nm, since the porous polymer metal complex is densely formed. In addition, from the viewpoint of not lowering the conductivity, 0.3 to 120 nm is preferable, and 2 to 20 nm is more preferable.
또한 앵커층을 형성하지 않고, 기판 상에 직접 다공성 고분자 금속 착체를 형성하는 방법도 알려져 있다. 이 경우도, 상기 마찬가지로, 금속 이온과 배위자 물질의 양쪽을 함유한 용액에 기판을 침지하는 방법과, 금속 이온, 배위자 물질의 어느 것을 함유한 용액에 교대로 기판을 침지하는 방법이 알려져 있다.There is also known a method of directly forming a porous polymer metal complex on a substrate without forming an anchor layer. Also in this case, there is known a method in which the substrate is immersed in a solution containing both a metal ion and a ligand material, and a method in which a substrate is immersed alternately in a solution containing either a metal ion or a ligand material.
상기 용액을 사용해서 다공성 고분자 금속 착체층을 형성시키는 방법의 변법으로서, 기판을, 금속 이온을 함유하지 않는 배위자 물질 용액에 침지하고, 기판과 배위자 물질과의 반응, 혹은 기판으로부터 용액으로 용출되는 금속 이온과의 반응에 의해, 금속염의 첨가없이 다공성 고분자 금속 착체층을 형성시키는 방법도 들 수 있다. 본 방법은, 매우 치밀한 다공성 고분자 금속 착체층을 형성할 수 있다는 점에서 바람직하다.As a modified method of forming the porous polymer metal complex layer by using the above solution, the substrate is immersed in a ligand material solution containing no metal ion, and the reaction between the substrate and the ligand material or the reaction of the metal And a method of forming a porous polymer metal complex layer by the reaction with an ion without adding a metal salt. This method is preferable in that it can form a very dense porous polymer metal complex layer.
상기 유사 방법으로서, 금속 산화물과 배위자 물질의 반응에 의해, 다공성 고분자 금속 착체층을 형성시키는 방법도 들 수 있다. 본 방법을 이용하는 경우에는, 기판 표면에 금속 산화물층을 갖는 재료를 이용할 수 있다. 금속 산화물층의 두께는, 용도에 따라서 선택할 수 있지만, 치밀한 다공성 고분자 금속 착체층을 형성할 수 있다는 점에서 0.1 내지 1000㎚가 바람직하고, 1 내지 500㎚가 보다 바람직하다.As a similar method, a method of forming a porous polymer metal complex layer by a reaction between a metal oxide and a ligand material can be mentioned. In the case of using this method, a material having a metal oxide layer on the surface of the substrate can be used. The thickness of the metal oxide layer may be selected depending on the application, but is preferably from 0.1 to 1000 nm, more preferably from 1 to 500 nm, from the viewpoint of forming a dense porous polymer metal complex layer.
(2) 분사법(2) Spray method
기판을, 다공성 고분자 금속 착체층을 형성시킬 수 있는 용액에 침지하는 대신, 가열 또는 비가열 상태의 기판에, 다공성 고분자 금속 착체층을 형성시킬 수 있는 용액을 분사하는 방법도 이용 가능하다. 분사 방법에 관해서는, 일반적인 스프레이 분무나, 잉크젯 방식에 의한 분무 등, 기지의 방법을 이용할 수 있다. 본방법에 있어서도, 앵커층을 형성해 두는 방법도 이용 가능하다.Instead of immersing the substrate in a solution capable of forming a porous polymer metal complex layer, a method of spraying a solution capable of forming a porous polymer metal complex layer on a heated or non-heated substrate may be used. As the spraying method, a known method such as general spraying or spraying by an inkjet method can be used. Also in this method, a method of forming an anchor layer is also available.
(3) 도포 방법(3) Application method
상기 이외의 방법으로서, 배위자 물질, 금속 이온 등을 함유하고, 다공성 고분자 금속 착체층을 형성시킬 수 있는 슬러리를 기판에 도포 시공하는 방법도 들 수 있다. 도포 시공 방법으로서는 딥 코트, 스핀 코트 등의 기지의 방법이 이용 가능하다.As a method other than the above, there is also a method of applying a slurry containing a ligand material, a metal ion, and the like to form a porous polymer metal complex layer on a substrate. As a coating method, a known method such as dip coating and spin coating can be used.
<다공성 고분자 금속 착체 도전체의 조제 방법>≪ Process for preparing porous metal complex conductor &
본 발명의 다공성 고분자 금속 착체 도전체는, 다공성 고분자 금속 착체에 도전성 보조제를 첨가하는 것으로 조제가 가능하다.The porous polymeric metal complex conductor of the present invention can be prepared by adding a conductive auxiliary agent to the porous polymeric metal complex.
다공성 고분자 금속 착체에 도전성 보조제를 첨가하는 방법으로서는, 이하의 방법을 들 수 있다.As a method of adding the conductive auxiliary agent to the porous polymeric metal complex, the following methods can be mentioned.
(1) 함침법(1) impregnation method
도전성 보조제를 용해한 용액에 다공성 고분자 금속 착체를 함침시키는 함침법을 들 수 있다. 함침법은, 다양한 도전성 보조제를 다공성 고분자 금속 착체에 첨가할 수 있다는 점에서 우수하다. 또한 도전성 보조제의 첨가량을, 도전성 보조제의 농도나, 함침 시간, 온도를 제어함으로써 제어 가능하다는 점에서도 우수하다.And impregnation method in which a porous polymer metal complex is impregnated in a solution in which the conductive auxiliary agent is dissolved. The impregnation method is excellent in that various conductive auxiliary agents can be added to the porous polymeric metal complex. Further, the addition amount of the conductive auxiliary agent is also excellent in that it can be controlled by controlling the concentration of the conductive auxiliary agent, the impregnation time, and the temperature.
(2) 쉽 인 보틀법(2) Easy Bottle Method
또한 다른 방법으로서, 다공성 고분자 금속 착체를 합성할 때, 도전성 보조제를 공존시켜, 다공성 고분자 금속 착체의 세공 내에 도전성 보조제를 도입하는 방법도 들 수 있다. 쉽 인 보틀법에 의해 다공성 고분자 금속 착체의 세공 내에 도전성 보조제를 도입하는 방법은 알려져 있지 않지만, 촉매를 다공성 고분자 금속 착체의 세공 내에 도입하는 쉽 인 보틀법은 공지이다(Zawarotko 외, J. Am. Chem. Soc., (2011)10356). 구체적으로는 용액에 다공성 고분자 금속 착체의 원료가 되는 금속염, 배위자 물질 및 도전성 보조제를 용해시켜, 가온 등으로 다공성 고분자 금속 착체를 조제하는 방법이다.As another method, a method of introducing a conductive auxiliary agent into the pores of the porous polymeric metal complex by coexisting with a conductive auxiliary agent when synthesizing the porous polymeric metal complex is also cited. Although it is not known how to introduce the conductive auxiliary agent into the pores of the porous polymer metal complex by the easy-bottle method, a simple method of introducing the catalyst into the pores of the porous polymer metal complex is known (Zawarotko et al., J. Am. Chem. Soc., (2011) 10356). Specifically, the method is a method of dissolving a metal salt, a ligand material, and a conductive auxiliary agent which are to be a raw material of a porous polymeric metal complex in a solution, and preparing a porous polymeric metal complex by warming or the like.
다공성 고분자 금속 착체 중에는, 세공에 잘록부가 있는 것이 있고, 이러한 다공성 고분자 금속 착체에서는, 잘록부가 방해를 해서 도전성 보조제가 세공 안으로 들어가지 않는 경우가 있지만, 본 방법에 의하면, 이러한 타입의 다공성 고분자 금속 착체의 세공에 도전성 보조제를 도입하는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 다량의 도전성 보조제를 세공 내에 도입하는 것이 가능하게 되어, 우수한 메모리 유지 시간을 갖는 재료가 얻어지기 쉽다. 도전성 보조제의 첨가량은, 합성 시에, 공존시키는 도전성 보조제의 양을 제어함으로써 제어 가능하다.There are some pores in the porous polymer metal complex. In such a porous polymer metal complex, the conductive auxiliary agent may not enter into the pores due to interfering with the constricted portion. According to this method, however, this type of porous polymer metal complex It is possible to introduce the conductive auxiliary agent into the pores of the substrate. As a result, a large amount of the conductive auxiliary agent can be introduced into the pores, and a material having an excellent memory holding time tends to be obtained. The amount of the conductive auxiliary agent to be added can be controlled by controlling the amount of the conductive auxiliary agent coexisting in the synthesis.
본 발명은, 도전성 다공성 고분자 금속 착체와 산화 환원 전위가 다른 2종류의 전극 금속으로 형성되는 미소 스위치이다. 이하에서, 2종류의 전극 금속에 관한 설명과, 그들의 금속과 다공성 고분자 금속 착체 도전체로 형성되는 미소 스위치의 형성 방법을 이하에 설명한다.The present invention is a microswitch formed of two types of electrode metals having different oxidation-reduction potentials from a conductive porous polymeric metal complex. Hereinafter, a description will be given of the two kinds of electrode metals, and a method of forming the metal and the micro switch formed of the porous polymer metal complex conductor will be described below.
<전극 금속>≪ Electrode metal &
본 발명의 미소 스위치에서는, 산화 환원 전위가 다른 2종류의 금속을 전극에 사용한다. 전극 금속으로서, 산화 환원 전위의 차가 0eV 이상 내지 5.0eV 이하가 되는 금속을 조합하는 것이 바람직하고, 0.01eV 이상 내지 1.0eV 이하가 되는 금속을 조합하는 것이 보다 바람직하다.In the microswitch of the present invention, two kinds of metals having different oxidation-reduction potentials are used for the electrode. As the electrode metal, it is preferable to combine metals having a difference in redox potential between 0 eV and 5.0 eV, more preferably 0.01 eV or more and 1.0 eV or less.
제1 전극에 사용할 수 있는 금속의 예로서는, Au, Pt, W, Ru, In, Rh 및 실리콘을 들 수 있다. 이들의 금속은, 용매에 대한 용출 등이 일어나기 어려워, 전기적으로 안정적이다. Pt, Au, Ru, Ir, W가 화학적으로 안정적이어서 녹기 어려우므로 바람직하고, 그 중에서도 Au, Pt가, 전기 화학적으로 안정적인 점에서 보다 바람직하다.Examples of metals usable for the first electrode include Au, Pt, W, Ru, In, Rh, and silicon. These metals are difficult to elute in a solvent and are electrically stable. Pt, Au, Ru, Ir, and W are chemically stable and difficult to melt, and Au and Pt are more preferable because they are electrochemically stable.
또한, 제1 전극으로서, 산화인듐주석(ITO: Tin-doped In2O3), Nb 등을 도프한 산화티타늄, Ga나 Al 등을 도프한 산화아연, Nb 등을 도프한 SrTiO3, SrRuO3, RuO2, IrO2 등의 산화물을 사용할 수 있다.Further, as the first electrode, indium tin oxide (ITO: Tin-doped In 2 O 3), SrTiO 3, SrRuO 3 doped with a titanium oxide doped with Nb or the like, a zinc oxide doped with such as Ga or Al, Nb, etc. , RuO 2 , and IrO 2 can be used.
제2 전극에 사용할 수 있는 금속으로서는, 저전압에서 용출되는 금속이며, 전기 화학적으로 활성의 도전성 금속으로 구성되며, Ag, Cu, Pb, Sn, Zn, Ni의 어느 것 또는 그들의 조합에서 선택되는 금속을 사용할 수 있다. Ag, Cu가 도전성이 높으므로 특히 바람직하다.Examples of the metal that can be used for the second electrode include a metal eluted at a low voltage and composed of an electrochemically active conductive metal and a metal selected from Ag, Cu, Pb, Sn, Zn, Ni, Can be used. Ag and Cu are particularly preferable because they have high conductivity.
또한, 제1 전극에 PCP층의 세공 내를 이온마이그레이션하기 어려운 금속을, 제2 전극에 PCP층의 세공 내를 이온마이그레이션하기 쉬운 금속을 사용하는 경우도 있다. 또한, 제1 전극과 제2 전극의 조합 시에는, PCP층의 세공 내에 있어서의 전극 금속의 이온화의 용이함과 이온 마이그레이션의 용이함이 모두 제1 금속<제2 금속일 필요가 있다.It is also possible to use a metal which is difficult to ion-migrate in the pores of the PCP layer to the first electrode and a metal which facilitates ion migration into the pores of the PCP layer to the second electrode. When the first electrode and the second electrode are combined, it is necessary that both the ease of ionization of the electrode metal in the pores of the PCP layer and the ease of ion migration are both the first metal and the second metal.
제1 전극, 제2 전극의 두께는 용도에 따라서 선택하면 되지만, 0.1㎚ 내지 100㎛인 것이 바람직하고, 1㎚ 내지 500㎚인 것이 보다 바람직하다. 메모리의 소형화를 위해서는, 제1 전극, 제2 전극의 두께는 가능한 한 얇은 쪽이 바람직하고, 500㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 방법에는, PCP의 형성 시에 금속을 용출시키고, 그 용출한 이온을 PCP의 원료로서 사용하는 방법이 포함되어 있기 때문에, 극단적으로 얇은 경우에는, 금속이 모두 용출되어버려 전극이 없어질 우려가 있다. 따라서, 금속 이온의 공급원으로서의 원자수를 확보하여, 안정적인 반복 특성(내구성)을 얻기 위해서는, 제1 전극, 제2 전극의 두께를 1㎚ 이상으로 하는 것이 바람직하다.The thickness of the first electrode and the second electrode may be selected depending on the application, but is preferably 0.1 nm to 100 탆, more preferably 1 nm to 500 nm. In order to miniaturize the memory, the thickness of the first electrode and the second electrode is preferably as thin as possible, and is preferably 500 nm or less. However, in this method, since a method of eluting a metal at the time of forming PCP and using the eluted ions as a raw material of PCP is included, when the electrode is extremely thin, all of the metal is eluted and the electrode disappears There is a concern. Therefore, in order to secure the number of atoms as the supply source of metal ions and obtain stable repetitive characteristics (durability), the thickness of the first electrode and the second electrode is preferably 1 nm or more.
<회로의 구성><Configuration of circuit>
회로 구성으로서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 적층형, 평면형, 샌드위치형을 들 수 있다. 평면형은 프린터블 기술을 이용한 회로 형성에 바람직하다. 샌드위치형은, 고집적화에 유리하다. 적층형은 가일층의 고도화, 고기능화에 유리하다.As shown in Fig. 4, the circuit configuration includes a laminate type, a flat type, and a sandwich type. The planar type is preferable for circuit formation using the printable technology. The sandwich type is advantageous for high integration. The laminated type is advantageous for increasing the sophistication and functionality of a single layer.
<미소 스위치의 형성 방법><Method of Forming Micro Switch>
도 4에 도시하는 미소 스위치를 형성할 수 있으면 어느 것의 형성 방법도 사용할 수 있다. 제1 전극 금속, 제2 전극 금속에 다공성 고분자 금속 착체 도전체를 접촉시킬 필요가 있지만, 다공성 고분자 금속 착체는, 막 형상, 입자 형상의 어느 것이어도 된다. 또한, 다공성 고분자 금속 착체를 조제한 후, 1종 또는 2종의 금속에 접촉시킨 후, 여기에 도전성 보조제를 첨가함으로써 다공성 고분자 금속 착체를 다공성 고분자 금속 착체 도전체로 변환하여, 본 발명의 미소 스위치를 형성 해도 된다.Any method of forming the micro switch shown in Fig. 4 can be used. The first electrode metal and the second electrode metal must be in contact with the porous polymer metal complex conductor. However, the porous polymer metal complex may be in the form of a film or a particle. Further, after preparing the porous polymeric metal complex, the porous polymeric metal complex is converted into the porous polymeric metal complex conductor by bringing the porous polymeric metal complex into contact with one or two kinds of metals and then adding a conductive auxiliary agent thereto to form the microswitch of the present invention You can.
구체적으로는 예를 들어, 이하의 (1) 내지 (4)의 방법을 들 수 있다.Specifically, for example, the following methods (1) to (4) can be mentioned.
(1) 산화 환원 전위가 다른 2종류의 금속의 한쪽 금속판 위에 다공성 고분자 금속 착체 도전체층을 형성하고, 다른 한쪽의 금속 전극을 그 위에 스퍼터, 증착 등으로 형성하는 방법.(1) A method of forming a porous polymer metal complex conductor layer on one metal plate of two kinds of metals having different redox potentials and forming the other metal electrode thereon by sputtering, vapor deposition or the like.
(2) 산화 환원 전위가 다른 2종류의 금속판의 한쪽의 금속판 위에 다공성 고분자 금속 착체를 형성하고, 여기에 도전성 보조제를 작용시켜 다공성 고분자 금속 착체를 도전체화한 후, 도전체화한 다공성 고분자 금속 착체 위에 다른 한쪽의 금속을 스퍼터, 증착 등으로 전극을 형성하는 방법.(2) A porous polymeric metal complex is formed on one metal plate of two kinds of metal plates having different oxidation-reduction potentials, and a conductive auxiliary agent is applied thereto to form a porous polymeric metal complex. After that, the porous polymeric metal complex is converted into a conductive polymeric metal complex And the other electrode is formed by sputtering, vapor deposition or the like.
(3) 산화 환원 전위가 다른 2종 금속의 갭을 미리 구성해 두고, 거기에 막 또는 입자 형상의 다공성 고분자 금속 착체를 형성시키고, 여기에 도전성 보조제를 작용시켜서 다공성 고분자 금속 착체를 도전체화시키는 방법.(3) a method in which a gap of a bimetallic metal having a different oxidation-reduction potential is previously formed, a porous polymer metal complex in the form of a film or a particle is formed thereon, and a conductive auxiliary agent is applied thereto to convert the porous polymer metal complex into a conductor .
(4) 산화 환원 전위가 다른 2종 금속의 갭을 미리 구성해 두고, 거기에 막 또는 입자 형상의 다공성 고분자 금속 착체 도전체를 형성시키는 방법.(4) A method of forming a gap of a bimetallic metal having a different oxidation-reduction potential in advance and forming a film or particle-shaped porous polymer metal complex conductor thereon.
<미소 스위치의 구조><Structure of Micro Switch>
미소 스위치의 구조로서는, 도 5a 내지 도 5d에 예시한 바와 같이, 다공성 고분자 금속 착체 도전체(도면 중에서는 「PCP」로 나타내고 있다)에 대하여 복수의 전극이 설치되어 있는 구조를 들 수 있다. 다공성 고분자 금속 착체 도전체에 대한 전극의 위치로서는, 도 5a, 도 5b와 같은 샌드위치 구조 외에, 도 5c와 같은 위치 관계, 혹은 도 5d와 같은 동일면 위에 설치하는 방법을 들 수 있다. 이들 중, 어떠한 구조로 할지는, 목적으로 하는 미소 스위치의 기능 및 내장할 장치 등의 구조에 따라 선택할 수 있지만, 구조를 얇게 할 수 있다는 점에서는 도 5a, 도 5b의 구조가 바람직하고, 응답 속도를 전극 사이가 짧고, 응답 속도를 높인다는 관점에서는 도 5a의 구조가 바람직하고, 전극이 동일면에 있고, 제조가 용이하다고 하는 점에서는, 도 5d의 구조가 바람직하다.As a structure of the microswitch, there is a structure in which a plurality of electrodes are provided for a porous polymer metal complex conductor (shown as "PCP" in the drawing) as illustrated in Figs. 5A to 5D. As for the position of the electrode with respect to the porous polymer metal complex conductor, in addition to the sandwich structure as shown in Figs. 5A and 5B, a positional relationship as shown in Fig. 5C or a method of installing the same on the same surface as Fig. The structure of any of these can be selected according to the function of the desired microswitch and the structure of the device to be incorporated. However, the structure of Figs. 5A and 5B is preferable in that the structure can be made thin, The structure of Fig. 5A is preferable from the viewpoint of shortening the interval between the electrodes and increasing the response speed, and the structure of Fig. 5D is preferable in view of the fact that the electrodes are on the same plane and are easy to manufacture.
<미소 스위치에 대한 액세스 방법><Access method for smile switch>
종래의 NAND 플래시 등에서 이용되고 있는 기술을 이용할 수 있다.A technique used in a conventional NAND flash or the like can be used.
본 발명의 미소 스위치에서, 도펀트를 국소 도핑함으로써, 회로의 형성, 트랜지스터의 형성 등에 대한 응용이 가능하게 된다. 이하, 회로의 형성, 트랜지스터의 형성 등에 대한 응용을 설명한다.In the microswitch of the present invention, by locally doping the dopant, application to the formation of a circuit, formation of a transistor, and the like becomes possible. Hereinafter, application to formation of a circuit, formation of a transistor, and the like will be described.
<도펀트의 국소 도프 방법과 크기><Local doping method and size of dopant>
도펀트를 국소 도프함으로써 pn 접합 등의 형성이 가능하게 된다. 그 형성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 포토리소그래프의 기술을 사용해서 마스킹을 행한 후에 침지법으로 도핑하는 방법을 들 수 있다. 도펀트를 국소 도프함으로써 LSI를 형성하는 것이 가능하다.Local doping of the dopant makes it possible to form a pn junction or the like. The forming method is not particularly limited. Followed by masking using a photolithographic technique, followed by doping by a dipping method. It is possible to form the LSI by locally doping the dopant.
국소 도프 방법으로서는, MOF(Metal-Organic Framework)막에 대하여, 프린터블 기술을 응용하여, 국소에 목적으로 하는 도펀트를 도프하는 것이 필요하다. 잉크젯을 이용한 경우, 수백㎚ 내지 수백㎛ 정도의 도프를 행할 수 있다. 단, 기능 발현을 위해서는 PCP로 구성되는 1셀에 대하여, 1 분자의 도펀트 첨가가 있으면 최저한 가능하게 된다.As a local dope method, it is necessary to apply a printerable technique to a MOF (Metal-Organic Framework) film and to dope a target dopant to a local site. When an inkjet is used, dope of about several hundreds nm to several hundreds of micrometers can be performed. However, in order to express the function, it is at least possible to add one molecule of dopant to one cell composed of PCP.
<pn 접합의 형성 방법><Method of forming pn junction>
프린터블 기술에 의해, p형 도펀트, n형 도펀트를 임의의 장소에 나누어 넣음으로써, 본 발명의 미소 스위치를 pn 접합 소자로서 이용하는 것이 가능하다.The micro switch of the present invention can be used as a pn junction element by dividing the p-type dopant and the n-type dopant into arbitrary places by the printerable technology.
다른 나누어 넣는 방법으로서는, 마스킹해서 회로를 형성한 후에, p형 도펀트를 침지시켜, 탈 마스크를 행하고, 거기에 n형 도펀트를 도핑하는 방법 및 그 반대의 방법을 들 수 있다. 또한 다공성 고분자 착체에는, 이방성이 존재하는 것이 존재하기 때문에, p형 도펀트를 침지시켜, p형 도펀트가 도프된 다공 고분자 착체를 조제한 후, 용액에 접촉시키면, 특정면만으로부터 탈도펀트 현상이 발생한다. 본 성질을 이용하여, 탈도펀트 영역에 n형 도펀트를 도핑함으로써 pn 접합을 형성하는 것이 가능하게 된다.As another method of dividing, a mask is formed to form a circuit, then a p-type dopant is dipped in, a mask is removed, and an n-type dopant is doped thereinto, and vice versa. Further, since the porous polymer complex has anisotropy, if a p-type dopant is immersed in the solution to prepare a porous polymer complex doped with a p-type dopant and then brought into contact with the solution, a phenomenon of de-dopant occurs from only the specific surface. By using this property, it becomes possible to form a pn junction by doping an undoped region with an n-type dopant.
<트랜지스터의 형성 방법>≪ Method of forming transistor &
상기 마찬가지 방법으로 pnp형 접합, npn형 접합을 형성시키면, 트랜지스터로서의 이용이 가능하게 된다.When the pnp junction and the npn junction are formed in the same manner as described above, the transistor can be used as a transistor.
<벌크 헤테로 정션형 태양 전지><Bulk Heterojunction Solar Cell>
상기 기술을 이용함으로써, pn 접합면의 수를 매우 증가시킨 소자를 조제하는 것이 가능하게 된다. 본 재료는, 고성능의 벌크 헤테로 정션형의 태양 전지로서 이용하는 것이 가능하다.By using the above-described technique, it becomes possible to prepare a device in which the number of pn junction surfaces is greatly increased. This material can be used as a high performance bulk heterojunction type solar cell.
본 발명의 다공성 고분자 금속 착체 도전체는, 다공성 고분자 금속 착체에, 도전성 보조제를 첨가해서 이루어지는 재료이다. 도전성 보조제는, 다공성 고분자 금속 착체의 금속 이온이나 배위자에 포함되는 산소, 질소 등의 극성을 갖고 있는 부위와 상호 작용함으로써, 도전성을 향상시킨다. 또한, 다공성 고분자 금속 착체의 세공 내부에서 비교적 애스펙트비가 큰 도전성 보조제가, 전압 인가에 수반하여, 회전하거나, 혹은 세공 내의 위치의 변화가 발생하여, 세공 내의 실효적인 용적이 변화하고, 이 실효적인 세공 용적의 변화와, 전압 인가에 수반하는 전극의 금속 이온의 세공 내 확산 및 이것의 환원에 기초한 금속 나노 와이어의 생성 및 이 역반응에 기초한 금속 나노 와이어의 소실에 의해, 스위치 효과를 발현하고 있다고 생각된다.The porous polymer metal complex conductor of the present invention is a material obtained by adding a conductive auxiliary agent to a porous polymer metal complex. The conductive auxiliary improves the conductivity by interacting with a metal ion of the porous polymeric metal complex and a portion having polarity such as oxygen or nitrogen contained in the ligand. In addition, the conductive auxiliary agent having a relatively large aspect ratio inside the pores of the porous polymeric metal complex may rotate or change its position in the pores, thereby changing the effective volume in the pores, It is considered that the switch effect is manifested by the change of the volume and the generation of the metal nanowires based on the diffusion of the metal ions in the electrode due to the voltage application and the reduction thereof and the disappearance of the metal nanowires based on this reverse reaction .
다공성 고분자 금속 착체 도전체는, 전압의 인가에 의해, 실효적으로 분해하지 않는 견뢰성을 갖고 있는 것이 중요하다. 도전성 보조제의 세공 내에서의 회전이나 위치의 변화, 나아가 나노 와이어의 생성을 위해서는, 도전성 보조제가 비교적 애스펙트비가 큰 형상을 갖고 있고, 또한 세공 내에서 도전성 보조제 분자를 이동시킬 수 있는 정도의 공극이 발생할 정도의 크기인 것이 중요하다고 생각된다. 그러나, 본 발명은 이 이론에 구속되는 것은 아니고, 본 발명의 다공성 고분자 금속 착체의 특성도 이 이론에 의해 제한되는 것은 아니다.It is important that the porous polymer metal complex conductor has a fastness that does not decompose effectively by the application of a voltage. In order to change the rotation or position of the conductive auxiliary agent in the pores and further to generate nanowires, the conductive auxiliary agent has a shape having a relatively large aspect ratio, and a porosity such that the conductive auxiliary agent molecules can move within the pores Of the total amount of water. However, the present invention is not limited to this theory, and the characteristics of the porous polymeric metal complex of the present invention are not limited by this theory.
<다공성 고분자 금속 착체의 분석>≪ Analysis of Porous Polymer Metal Complex &
다공성 고분자 금속 착체의 분석에는 다양한 조건이 있고, 일의적으로 결정할 수 있는 것은 아니지만, 단결정의 경우에는 단결정 X선 구조 해석을 이용할 수 있다. 기지의 다공성 고분자 금속 착체는, 단결정의 경우 및 분말 샘플의 경우 모두 분말 X선 회절에 의해, 기지의 분말 X선 회절 패턴과 대조함으로써, 분석이 가능하다. 또한, 다공성 고분자 금속 착체의 다공성은, 열중량 분석에 의해, 세공 내에 포함되어 있는 용매 등의 양을 측정함으로써, 대략의 다공성 예측이 가능하다. 분말 X선 회절 측정에는, 브루커 AX(주)사 제조 분말 X선 장치 DISCOVER D8 with GADDS 및 리가쿠(주)사 제조 분말 X선 장치 SmartLab을 사용할 수 있다. TG 측정에는 리가쿠 열중량 분석기 TG8120을 사용할 수 있다.There are various conditions for the analysis of the porous polymeric metal complex, and although it can not be determined uniquely, in the case of a single crystal, a single crystal X-ray structure analysis can be used. The known porous polymeric metal complexes can be analyzed by comparing them with a known powder X-ray diffraction pattern by powder X-ray diffraction both in the case of a single crystal and in the case of a powder sample. The porosity of the porous polymeric metal complex can be roughly predicted by measuring the amount of the solvent or the like contained in the pores by thermogravimetric analysis. For the powder X-ray diffraction measurement, a powder X-ray apparatus DISCOVER D8 with GADDS manufactured by Bruker AX Co., Ltd. and a powder X-ray apparatus SmartLab manufactured by Rigaku Corporation can be used. For TG measurement, Rigaku thermogravimetric analyzer TG8120 can be used.
<PCP의 기판 상에 대한 형성>≪ Formation of PCP on a substrate >
다공성 고분자 금속 착체(PCP)의 기판 상에 대한 형성 방법은, 기지의 방법을 이용할 수 있고, 치밀한 다공성 고분자 금속 착체를 형성할 수 있으면 된다. 예로서 배위자와 금속 이온이 용해한 용액에 기판을 침지하는 방법(Fiscer 외, Chem. Commun. 2009, 1031), 배위자 용액과 금속 이온 용액에 교대로 기판을 침지하는 스텝 바이 스텝으로 다공성 고분자 금속 착체를 형성하는 방법(Fiscer 외, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 5038), 기판과 배위자를 반응시키는 방법(Kitagawa 외, Nature Mater. (2012)717), CVD법을 이용하는 방법(Fiscer 외, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 6119) 등을 들 수 있다. 막 두께의 분석은, 일반적인 Pt 데포지션 후, SEM에 의한 단면 관찰을 이용할 수 있다.The porous polymeric metal complex (PCP) can be formed on a substrate as long as it can form a dense porous polymeric metal complex by a known method. For example, by immersing a substrate in a solution in which a ligand and a metal ion are dissolved (Fiscer et al., Chem. Commun. 2009, 1031), a step of immersing a substrate alternately in a solution of a ligand and a metal ion solution to form a porous polymer metal complex (Kitagawa et al., Nature Mater. (2012) 717), a method using a CVD method (Fiscer et al., 2009, 48, 5038) , J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 6119). For the analysis of the film thickness, cross-sectional observation by SEM can be used after general Pt deposition.
<메모리로서의 평가 방법>≪ Evaluation method as memory >
전압 소인-전류 측정에 의해 저항 히스테리시스를 확인함으로써, 메모리로서의 동작을 확인한다. 측정에는 반도체 파라미터·애널라이저 Agilent 4155C를 사용할 수 있다.By confirming the resistance hysteresis by voltage sweep-current measurement, the operation as a memory is confirmed. For the measurement, a semiconductor parameter analyzer Agilent 4155C can be used.
회로는 전극/PCP/전극(GND)형의 소자에, 2 단자 콘택트를 취함으로써 형성했다. 콘택트는 일본 마이크로닉스 HFP-120A-201 첨단 직경 3um의 텅스텐 동축 프로브를 사용할 수 있다.The circuit was formed by taking a two-terminal contact into an electrode / PCP / electrode (GND) type device. The contact can be a tungsten coaxial probe of 3 micrometers in diameter, which is available from Japan Micronix HFP-120A-201.
반도체 파라미터·애널라이저 Agilent 4155C에 의한 전압 소인은 Agilent VEE에 의한 자작 프로그램으로 20㎷ 스텝으로 전압을 변화시키면서 행하고 있다. 여기서, 인가 전압은 소자 구조 및 특성에 따라서 0-20V, 전압 인가 속도는 64us/20㎷, set 시에 소자 파괴를 방지하기 위한 제한 전류값 Icomp은 1㎃로 설정했다. 또한, 메모리 소자의 저항값 Rreg의 판독 전압 Vread는 0.2V이고, Set 동작, Reset 동작의 전압 상승 및 강하 시에 계측하고 있다(식 A 참조).Semiconductor Parameter Analyzer The voltage sweep by the Agilent 4155C is a self-made program by Agilent VEE, with the voltage changing in 20-step steps. Here, the applied voltage is set to 0 to 20 V, the voltage applying speed is set to 64 us / 20 V, and the limiting current value Icomp to prevent device breakdown at set to 1 mA according to the device structure and characteristics. Further, the read voltage V read of the resistance value R reg of the memory element is 0.2 V, and is measured at the rise and fall of the voltage in the Set operation and the Reset operation (see Formula A).
Rreg=V(0.2V)/I(0.2V) …(식 A)R reg = V (0.2V) / I (0.2V) ... (Formula A)
도 1은 본 발명의 미소 스위치로부터 제작한 메모리 소자의 데이터 유지 특성의 평가를 나타낸 그래프이다. 데이터 유지 특성의 평가에서는 0.2V의 전압을 저저항 시에는 Reset 방향으로, 고저항 시에는 Set 방향으로 인가하고 그때의 저항값을 (식 A)의 방법으로 도출함으로써, 평가하고 있다. 측정 간격은 10초 간격이며, 측정 시간은 1분에서 24시간으로 행하였다. 또한, 반복 동작 특성의 평가에 있어서는, 여기에 기술한 전압 인가를 반복함으로써 확인하고 있다.1 is a graph showing evaluation of data retention characteristics of a memory element manufactured from the micro switch of the present invention. In the evaluation of the data holding property, a voltage of 0.2 V is applied in the reset direction when the resistance is low and in the Set direction when the resistance is high, and the resistance value at that time is derived by the method of (A). The measurement interval was 10 seconds, and the measurement time was 1 minute to 24 hours. The evaluation of the repetitive operation characteristics is confirmed by repeating the voltage application described above.
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 예를 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환 및 그 외의 변경이 가능하다.Hereinafter, preferred examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples. Additions, omissions, substitutions, and other modifications are possible within the scope of the present invention.
실시예(발명예) 및 비교예의 미소 스위치의 다공성 도전체, 제1 전극, 제2 전극의 상세를, 이하의 각 표에 나타낸다. 표 중의 약어는 이하와 같다.Details of the porous conductor, the first electrode and the second electrode of the microswitches of Examples (Inventive Example) and Comparative Examples are shown in the following respective tables. Abbreviations in the table are as follows.
TCNQ: 테트라시아노퀴노디메탄TCNQ: tetracyanoquinodimethane
TCNE: 테트라시아노에틸렌TCNE: tetracyanoethylene
TTF: 테트라티아풀발렌TTF: tetrathiafulvalene
BEDT-TTF: 비스(에틸렌디티오)테트라티아풀발렌-테트라티아풀발렌 복합체BEDT-TTF: bis (ethylene dithio) tetrathiafulvalene-tetrathiafulvalene complex
TDAE: 테트라키스(디메틸아미노)에틸렌TDAE: tetrakis (dimethylamino) ethylene
BMIB: 1-부틸-3-메틸이미다졸륨브로마이드BMIB: 1-butyl-3-methylimidazolium bromide
TMATFB: 테트라메틸암모늄테트라플루오로보레이트TMATFB: tetramethylammonium tetrafluoroborate
TMAHFP: 테트라메틸암모늄헥사플루오로포스페이트TMAHFP: tetramethylammonium hexafluorophosphate
<전기 화학적 평가 항목><Electrochemical Evaluation Items>
<메모리 기능의 정의><Definition of memory function>
저저항 상태의 저항값을 RL, 고저항 상태의 저항값을 RH라 정의하고, 메모리 기능을 이하와 같이 평가했다.The resistance value in the low resistance state is defined as RL, and the resistance value in the high resistance state is defined as RH, and the memory function is evaluated as follows.
저항비 RH/RL을,Resistance ratio RH / RL,
100 이상: A100 or more: A
10 이상, 100 미만: B10 or more, less than 100: B
1.5 이상, 10 미만: C1.5 or more, less than 10: C
1.5 미만: DLess than 1.5: D
라 평가했다..
<메모리의 내구성><Durability of memory>
메모리의 내구성은, 재료 제조 후, 3일 이내의 I-V 평가의 값(초기값)에 대하여, 1개월 후의 평가의 값으로 정의할 수 있다. 초기값에 대하여, 80% 이상의 값을 유지하고 있는 것을 A, 50% 이상 80% 미만의 값을 유지하고 있는 것을 B, 30% 이상 50% 미만의 값을 유지하고 있는 것을 C, 30% 미만의 값을 유지하고 있는 것을 D라 하였다.The durability of the memory can be defined as the value of evaluation one month later, with respect to the value (initial value) of the I-V evaluation within 3 days after the material is manufactured. A that maintains a value of 80% or more with respect to the initial value, B that maintains a value of 50% or more and less than 80% of B, 30% to less than 50% of C, And D was maintained.
<메모리의 응답 속도(스위칭 소자의 응답 속도)>≪ Response speed of memory (response speed of switching element) >
메모리의 응답 속도는, 어떤 폭을 갖는 전압 펄스(또는 전류 펄스)를 메모리 소자에 인가하고, 스위칭(리셋 또는 세트)이 발생할 때까지 펄스 높이를 서서히 증가시킴으로써 어림 잡을 수 있다. 리셋 혹은 세트 발생의 판단 기준은 (1) 메모리 기능의 정의에 나타낸 바와 같다.The response speed of the memory can be estimated by applying a voltage pulse (or current pulse) having a certain width to the memory element and gradually increasing the pulse height until switching (reset or set) occurs. The judgment criteria of reset or set generation are as shown in (1) definition of memory function.
복수의 펄스폭에 대하여 스위칭이 발생하는 펄스 높이를 구함으로써, 펄스폭, 즉 메모리의 응답 속도와 펄스 높이의 관계가 얻어진다. 이 관계를 내삽 혹은 외삽함으로써, 임의의 펄스 높이에 대한 메모리 응답 속도를 추산할 수 있다. 마찬가지로, 어떤 높이를 갖는 전압 펄스(또는 전류 펄스)를 메모리 소자에 인가하고, 스위칭(리셋 또는 세트)이 발생할 때까지 펄스폭을 서서히 증가시킴으로써도, 펄스 높이와 메모리 응답 속도의 관계를 구하는 것이 가능하다. 높이 3V의 펄스 전압을 인가했을 때의 응답 속도에 의해, 이하의 기준으로 성능을 판단한다.The relationship between the pulse width, that is, the response speed of the memory and the pulse height is obtained by obtaining the pulse height at which switching occurs with respect to a plurality of pulse widths. By interpolating or extrapolating this relationship, the memory response rate for any pulse height can be estimated. Similarly, it is possible to obtain the relationship between the pulse height and the memory response speed by applying a voltage pulse (or current pulse) having a certain height to the memory element and gradually increasing the pulse width until switching (reset or set) occurs Do. The performance is judged by the following criteria based on the response speed when a pulse voltage of 3V in height is applied.
10㎱ 이상, 1㎲ 미만: A10 ㎱ or more, less than 1:: A
1㎲ 이상, 10㎲ 미만: B1 占 퐏 or more, less than 10 占 퐏: B
10㎲ 이상, 100㎲ 미만: C10 μs or more and less than 100 μs: C
100㎲ 이상: D100 μs or more: D
<메모리의 유지 시간><Holding time of memory>
메모리의 데이터 유지 시간은, 일정 전압 혹은 일정 전류를 유지한 상태에서 메모리 소자의 저항 추이를 모니터하고, 모니터 아래에 있는 메모리의 저항이 저저항 혹은 고저항이라 정의된 저항값의 범위를 벗어날 때까지의 시간을 평가함으로써 추산된다. 온도 혹은 습도를 높임으로써 가속 시험을 행하는 경우가 많다.The data retention time of the memory is determined by monitoring the resistance change of the memory element with a constant voltage or a constant current maintained until the resistance of the memory under the monitor falls out of the range of the resistance value defined as low resistance or high resistance By estimating the time of day. Acceleration tests are often performed by increasing temperature or humidity.
평가 기준으로서, 정의된 저항값의 범위를 벗어날 때까지의 시간이, 24시간 이상을 A, 5000초 이상 24시간 미만을 B, 100초 이상 5000초 미만을 C, 100초 미만을 D라 평가했다.As an evaluation criterion, the time until the deviation from the defined resistance value was evaluated as A, 5000 seconds or more for less than 24 hours, B for 100 seconds or more, C for less than 100 seconds and less than 5000 seconds for 24 hours or more .
<메모리의 재기입 횟수(반복 가능 횟수)>≪ Number of times of rewriting of memory (number of times of repetition) >
메모리의 재기입 횟수(반복 가능 횟수)의 추산은, 전압 소인(또는 전류 소인) 혹은 펄스 전압(또는 펄스 전류)을 인가하고, 저저항화(세트)와 고저항화(리셋)를 교대로 반복함으로써 평가된다. 세트 혹은 리셋이 일어나야 할 장면에 있어서, 전압 소인(또는 전류 소인) 혹은 펄스 전압(또는 펄스 전류) 인가 후의 저항값이, 저저항 혹은 고저항과 식별되는 저항의 범위 내로 스위치하지 않을 때, 이것을 에러로 간주하고, 여기까지의 스위칭 횟수를 반복 가능 횟수라 정의한다. ±1V/s의 일정 속도로, 전압을 ±3V까지 반복 소인함으로써, 리셋을 교대로 발생시킨다. 동작 불능이 될 때까지 스위칭을 반복하고, 다음의 조건으로 반복하여, 특성의 우열을, 등급을 나누어서 평가했다.The estimation of the number of times of rewriting of the memory (the number of times of repetition) is carried out by applying voltage sweep (or current sweep) or pulse voltage (or pulse current) and alternately repeating low resistance setting . When the resistance value after applying the voltage sweep (or current sweep) or the pulse voltage (or the pulse current) is not switched within the range of the resistance that is discriminated from the low resistance or the high resistance in the scene where the set or reset should occur, And the number of switching times up to this point is defined as the repeatable number. By repeatedly sweeping the voltage to ± 3 V at a constant speed of ± 1 V / s, a reset is alternately generated. The switching was repeated until the operation became impossible, and the performance was evaluated by dividing the grade of the characteristic by repeating the following conditions.
A: 106회 이상A: 10 6 times or more
B: 106회 미만 내지 105회 이상B: Less than 10 6 times to more than 10 5 times
C: 105회 미만 내지 104회 이상C: Less than 10 5 times to 10 4 times or more
D: 104회 미만D: 10 Less than 4 times
실시예 1(발명예)Example 1 (Inventive)
통칭 HKUST-1이라 불리는, 구리 이온을 함유하고, 삼차원 등방성의 네트워크 구조를 갖고 있는 다공성 고분자 금속 착체를, Fiscer 외, Chem. Commun. 2009, 1031 등의 논문의 조건으로, 단, 전극 금속의 존재 하에서 합성함으로써, 전극 상에 HKUST-1의 박층(두께 0.1 내지 1 미크론)을 형성했다. 여기서 삼차원 등방성의 네트워크 구조란, X선 구조 해석에 의해 밝혀진 결정 구조가, X, Y, Z의 모든 축에서 보아도 똑같은 구조인 구조를 의미한다. 본 다공성 고분자 금속 착체를 표면에 적층한 전극을, 도전성 보조제인 테트라시아노퀴노디메탄의 디클로로메탄 포화 용액에, 실온에서 24시간 침지했다. 이 도전성 보조제를 첨가함으로써 형성된 다공성 고분자 금속 착체 도전체를 표면에 갖는 전극을, 전술한 방법으로 메모리 회로에 형성하고, 상술한 전압 소인-전류 측정에 의해 저항 히스테리시스를 확인함으로써 메모리 효과를 확인했다.A porous polymeric metal complex, termed HKUST-1, containing a copper ion and having a three-dimensional isotropic network structure is described by Fiscer et al., Chem. Commun. 2009, 1031, except that a thin layer of HKUST-1 (0.1 to 1 micron in thickness) was formed on the electrode in the presence of an electrode metal. Here, the three-dimensional isotropic network structure means a structure in which the crystal structure revealed by the X-ray structure analysis has the same structure in all axes of X, Y and Z. An electrode obtained by laminating the present porous polymeric metal complex on the surface was immersed in a saturated solution of tetracyanoquinodimethane as a conductive additive in dichloromethane for 24 hours at room temperature. An electrode having a porous polymer metal complex conductor formed by adding the conductive auxiliary agent to the surface was formed in a memory circuit by the above-described method, and the memory effect was confirmed by confirming the resistance hysteresis by the voltage sweep-current measurement described above.
이 예에서는, 스위칭 소자의 응답 속도는 문제없지만, 내구성은 낮았다. 이것은, HKUST-1의 세공 사이즈에 대하여, 도펀트의 테트라시아노퀴노디메탄이 작고, 또한 HKUST-1에 포함되어 있는 구리 이온과 테트라시아노퀴노디메탄의 상호 작용이 약하기 때문에, HKUST-1의 세공 안에서 도펀트의 테트라시아노퀴노디메탄이 이동해버려, 메모리 효과가 상실되었다고 추측된다.In this example, the response speed of the switching element is not a problem, but the durability is low. This is because the tetracyanoquinodimethane of the dopant is small relative to the pore size of HKUST-1, and the interaction of copper ion and tetracyanoquinodimethane contained in HKUST-1 is weak, It is presumed that the tetracyanoquinodimethane of the dopant moves in the pores and the memory effect is lost.
실시예 2 내지 10(발명예)Examples 2 to 10 (Inventive)
실시예 1과 마찬가지로 하여, 각종 도전 보조제를 함유하는 재료를 조제하고, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 평가했다. 그 결과 메모리 효과를 확인했다.A material containing various conductive auxiliary agents was prepared in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner as in Example 1. [ As a result, I confirmed the memory effect.
실시예 11 내지 20(발명예)Examples 11 to 20 (Examples)
Caskey 외, J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10870에 「CPO-27-Ni」라고 기재한, 니켈 이온을 함유하고, 삼차원 등방성의 네트워크 구조를 갖고 있는 다공성 고분자 금속 착체를 문헌에 기재한 방법으로 합성하고, 실시예 1 내지 10과 마찬가지로 도전성 재료로 조제하여, 메모리 효과의 평가를 행하였다. 그 결과 우수한 메모리 효과를 확인했다.Caskey et al., J. J. Am. Chem. Soc. Porous metallic polymer complexes containing nickel ions and having a three-dimensional isotropic network structure described as " CPO-27-Ni " were synthesized in the same manner as described in Examples 1 to 10 , And the memory effect was evaluated. As a result, we confirmed the excellent memory effect.
실시예 21 내지 32(발명예)Examples 21 to 32 (Inventive)
Kim 외, Angew. Chem. Int. Ed. (2004)5033에 기재한, 아연 이온을 함유하고, 삼차원 이방성의 네트워크 구조를 갖고 있는 다공성 고분자 금속 착체(문헌에 화합물 1이라고 기재)를 함유하고, 문헌에 기재한 방법으로 합성하고, 실시예 1 내지 10과 마찬가지로 도전성 재료로 조제하고, 메모리 효과의 평가를 행하였다. 그 결과 우수한 메모리 효과를 확인했다. 여기서 삼차원 이방성의 네트워크 구조란, X선 구조 해석에 의해 밝혀진 결정 구조가, X, Y, Z의 어느 것의 축에서 보면, 다른 축에서 본 구조와 다른 구조인 것을 의미한다.Kim et al, Angew. Chem. Int. Ed. (2004) 5033, containing a zinc ion and having a network structure of a three-dimensional anisotropy (described as
실시예 33 내지 41(발명예)Examples 33 to 41 (Inventive)
Burrows 외, Dalton Trans. (2008)6788에 기재한, 구리 이온을 함유하고, 2차원 네트워크 구조를 갖고 있는 다공성 고분자 금속 착체(문헌에 화합물 1이라고 기재)를 함유하고, 문헌 기재된 방법으로 합성하고, 실시예 1 내지 10과 마찬가지로 도전성 재료로 조제하여, 메모리 효과의 평가를 행하였다. 그 결과, 우수한 메모리 효과를 확인했다.Burrows et al., Dalton Trans. Porous metal complex containing a copper ion and having a two-dimensional network structure (referred to as
실시예 42 내지 50(발명예)Examples 42 to 50 (Examples)
모리 외, Chem. Lett., (2002)12에 기재한, 로듐 이온을 함유하고, 1차원 네트워크 구조를 갖고 있는 다공성 고분자 금속 착체(문헌에 화합물 1이라고 기재)를 함유하고, 문헌 기재된 방법으로 합성하고, 실시예 1 내지 10과 마찬가지로 도전성 재료로 조제하여, 메모리 효과의 평가를 행하였다. 그 결과, 우수한 메모리 효과를 확인했다.Mori et al., Chem. (Described as
실시예 51 내지 100(발명예)Examples 51 to 100 (Examples)
실시예 1 내지 50과 마찬가지로, 각종 도펀트를 함유하는 다공성 고분자 금속 착체를 합성하고, 메모리 효과를 확인했다. 단, 실시예 1 내지 50과 같이, 다공성 고분자 금속 착체를 합성한 다음, 도전성 보조제를 첨가하는 것은 아니고, Zawarotko 외, J. Am. Chem. Soc., (2011)10356에 기재한 바와 같이, 다공성 고분자 금속 착체를 합성하는 용액 중에 목적으로 하는 도전성 보조제를 공존시킴으로써, 다공성 고분자 금속 착체의 세공 내에 도전성 보조제를 도입시키는, 쉽 인 보틀의 방법으로, 도전성 보조제-다공성 고분자 금속 착체의 복합체를 합성하고 있다.As in Examples 1 to 50, porous polymer metal complexes containing various dopants were synthesized to confirm the memory effect. However, instead of adding a conductive auxiliary agent after synthesizing a porous polymeric metal complex as in Examples 1 to 50, Zawarotko et al., J. Am. Chem. Soc., (2011) 10356, a conductive auxiliary agent is introduced into the pores of a porous polymeric metal complex by coexistence of a desired conductive auxiliary agent in a solution for synthesizing the porous polymeric metal complex, , A complex of a conductive auxiliary agent-porous polymer metal complex is synthesized.
실시예(발명예)의 평가 결과를 이하의 각 표에 나타낸다.The evaluation results of the examples (inventive examples) are shown in the following respective tables.
비교예 1 내지 5Comparative Examples 1 to 5
비교예 1 내지 5로서, 상기 실시예 1, 11, 21, 33, 42와 마찬가지 방법으로 다공성 고분자 금속 착체를 합성하고, 단 도전성 보조제를 첨가하지 않고 조제했다. 이들 평가를 행한 결과를 표 5에 나타낸다. 어느 것의 비교예도, 메모리 기능은 평가가 D로 되었다. 또한, 충분한 메모리 기능을 얻지 못하였기 때문에, 내구성 및 스위칭 소자의 응답 속도에 대해서는 평가하지 못하였다.As Comparative Examples 1 to 5, porous metallic polymer complexes were synthesized in the same manner as in Examples 1, 11, 21, 33, and 42, except that no conductive auxiliary agent was added. Table 5 shows the results of these evaluations. In any comparative example, the memory function is evaluated as D. Further, since sufficient memory function was not obtained, the durability and the response speed of the switching element could not be evaluated.
실시예(발명예) 및 비교예의 미소 스위치의 다공성 도전체, 제1 전극, 제2 전극의 상세를 표 6 및 표 7에 나타낸다.Table 6 and Table 7 show the details of the porous conductor, the first electrode, and the second electrode of the microswitches of Examples (Inventive Example) and Comparative Examples.
표 6, 표 7 중 약어는 이하와 같다.Abbreviations in Tables 6 and 7 are as follows.
TCNQ: 테트라시아노퀴노디메탄TCNQ: tetracyanoquinodimethane
BEDT-TTF: 비스(에틸렌디티오)테트라티아풀발렌BEDT-TTF: bis (ethylene dithio) tetrathiafulvalene
btc: 트리메스산btc: trimesan acid
tpa: 테레프탈산tpa: terephthalic acid
btb: 1,3,5-(4-카르복시페닐)벤젠btb: 1,3,5- (4-carboxyphenyl) benzene
bpy: 4,4'-비피리딜bpy: 4,4'-bipyridyl
Hatz: 3-아미노-1,2,4-트리아졸Hatz: 3-amino-1,2,4-triazole
Bpe: 1,2-비스(4-피리딜)에틸렌Bpe: 1,2-bis (4-pyridyl) ethylene
Dabco: 1,8-디아자비시클로옥탄Dabco: 1,8-diazabicyclooctane
3,6-비스-(피리딘-4-일)-1,2,4,5-테트라진3,6-bis- (pyridin-4-yl) -1,2,4,5-tetrazine
ipa: 이소프탈산ipa: isophthalic acid
pyz: 피라진pyz: pyrazine
표 6, 표 7 중 「다공성 고분자 금속 착체 네트워크」란, 다공성 고분자 금속 착체의 골격의 차원성(1차원, 2차원, 3차원)을 의미한다. 「세공 타입」이란, 다공성 고분자 금속 착체가 갖는 세공의 차원성(1차원, 2차원, 3차원)을 의미한다."Porous polymer metal complex network" in Tables 6 and 7 means dimensionality (one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional) of the skeleton of the porous polymer metal complex. The " pore type " means dimensionality (one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional) of the pores of the porous polymer metal complex.
실시예 101Example 101
통칭 HKUST-1이라 불리는 다공성 고분자 금속 착체(Williams 외, Science(1999)283, 1148의 HKUST-1이라 기재한 화합물)를, 활성 금속의 존재 하에서 합성함으로써, 활성 금속의 표면에 HKUST-1의 박막(약 100 미크론 두께)을 형성시켰다. 본 재료를, 도전성 보조제인 테트라시아노퀴노디메탄의 디클로로메탄 포화 용액에, 실온에서 24시간 침지했다. 본 도전성 보조제를 첨가함으로써 형성된 다공성 고분자 금속 착체 도전체를 표면에 갖는 전극을, 전술한 방법으로 메모리 회로에 형성하고, 상술한 전압 소인-전류 측정에 의해 저항 히스테리시스를 확인함으로써 메모리 효과를 확인했다.(A compound described as HKUST-1 by Williams et al., Science (1999) 283, 1148), commonly referred to as HKUST-1, in the presence of an active metal, a thin film of HKUST-1 (About 100 microns thick). This material was immersed in a saturated solution of tetracyanoquinodimethane in dichloromethane as a conductive auxiliary for 24 hours at room temperature. An electrode having a porous polymer metal complex conductor formed by adding this conductive auxiliary agent to the surface was formed in a memory circuit by the above-described method, and the memory effect was confirmed by confirming the resistance hysteresis by the voltage sweep-current measurement described above.
실시예 102 내지 121Examples 102 to 121
표 6에 기재된 문헌의 방법에 따라, 활성 금속 표면에 합성하고, 실시예 101과 마찬가지 방법에 의해, 표 6에 기재된 도전성 보조제 1의 포화 용액에 함침해서 다공성 고분자 금속 착체 도전체를 표면에 갖는 전극을 제작하고, 또한 실시예 101과 마찬가지로 하여 메모리 회로를 형성했다. 평가 결과를 표 8에 기재한다. 다공성 고분자 금속 착체를 구성하는 금속 이온이 구리 이온의 경우에는, 반복 가능 횟수가 비교적 낮은 경향이 보였다. 다공성 고분자 금속 착체 네트워크가 3차원인 것은, 비교적 메모리 유지 시간이 짧은 경향이 보였다.Was synthesized on the surface of an active metal according to the method described in Table 6 and impregnated with a saturated solution of the conductive
실시예 122 내지 124Examples 122 to 124
표 6에 기재한 방법으로, 실시예 102 내지 121과 마찬가지로 하여 메모리 회로를 형성했다. 단, 실시예 102 내지 120과는 도펀트가 다르다. 평가 결과를 표에 기재한다.A memory circuit was formed in the same manner as in Examples 102 to 121 by the method described in Table 6. However, the dopants are different from those of Examples 102 to 120. The evaluation results are shown in the table.
실시예 125 내지 127Examples 125 to 127
표 6에 기재한 방법으로, 실시예 102 내지 120과 마찬가지로 하여 메모리 회로를 형성했다. 단, 도전성 보조제 1의 포화 용액에, 테트라플루오르붕산테트라에틸암모늄을 도전성 보조제 2로 하여, 포화 농도로 공존시킨 용액을 사용했다. 평가 결과를 표에 기재한다.A memory circuit was formed in the same manner as in Examples 102 to 120 by the method described in Table 6. However, a solution in which tetraethyl ammonium tetrafluoroborate was used as the conductive auxiliary agent 2 in a saturated solution of the conductive
도전성 보조제 2가 있는 조건에서는, 다공성 고분자 금속 착체를 구성하는 금속 이온이 구리 이온이어도 뛰어난 반복 가능 횟수였다.Under the condition of the conductive auxiliary agent 2, even when the metal ion constituting the porous polymeric metal complex is a copper ion, the number of repetitions is excellent.
실시예 128 내지 130Examples 128 to 130
표 6에 기재한 방법으로, 실시예 102 내지 120과 마찬가지로 하여 메모리 회로를 형성했다. 단, 다공성 고분자 금속 착체를 합성할 때, 표 6에 기재된 도전성 보조제 1을 포화 농도의 1/10의 농도로 공존시켰다(쉽 인 보틀법). 평가 결과를 표 8에 기재한다. 쉽 인 보틀법으로 제조한 경우에는, 다공성 고분자 금속 착체 네트워크가 3차원에서도 메모리 유지 시간이 우수했다.A memory circuit was formed in the same manner as in Examples 102 to 120 by the method described in Table 6. However, when synthesizing the porous polymeric metal complex, the conductive
실시예 131Example 131
금속 동판을, 0.2mM 농도의 트리메스산 에탄올 용액 50mL에 침지하고, 40℃에서 6시간 반응시킨 후, 동판을 용액으로부터 핀셋으로 취출하고, 무수 에탄올 용액에 3회, 10초씩 침지하여 세정하고, 실온에서 감압 건조했다. 분말 X선의 해석 결과, Williams 외, Science(1999)283, 1148에 HKUST-1이라고 기재한 화합물인 것을 확인했다. 본 재료를 실시예 101과 마찬가지로 하여 메모리 회로를 구성했다.The copper plate was immersed in 50 ml of a trimesic acid ethanol solution having a concentration of 0.2 mM and allowed to react at 40 캜 for 6 hours. The copper plate was taken out of the solution as a tweezers, immersed in an anhydrous ethanol solution three times for 10 seconds, Followed by drying under reduced pressure at room temperature. As a result of the analysis of the powder X-ray, it was confirmed that it was a compound described as HKUST-1 in Williams et al., Science (1999) 283, 1148. A memory circuit was constructed in the same manner as in Example 101 by using this material.
실시예 132Example 132
실시예 131과 마찬가지로, 단, 도전성 보조제 1로서 BEDT-TTF를 사용해서 메모리 회로를 구성했다.As in Example 131, however, a memory circuit was constructed using BEDT-TTF as the conductive
실시예 133Example 133
실시예 131과 마찬가지로, 단, 트리메스산 대신에 테레프탈산을 사용했다. 동판 상에 형성된 화합물이, Tannenbaum 외, Eur. J. Inorg. Chem. , 2009, 2338에 기재한 화합물(Cu2 + 이온, 테레프탈산 및 게스트 분자의 DMF로 구성된 Cu(tpa)·(dmf)라고 표기되어 있는 다공성 고분자 금속 착체)인 것을 확인했다. 본 재료를 사용해서 메모리 회로를 구성했다.As in Example 131, terephthalic acid was used instead of trimethic acid. Compounds formed on copper plates are described in Tannenbaum et al., Eur. J. Inorg. Chem. , 2009, 2338 (a porous high molecular metal complex represented by Cu (tpa). (Dmf) composed of Cu 2 + ions, terephthalic acid and guest molecules of DMF). The memory circuit was constructed using this material.
실시예 134Example 134
실시예 133과 마찬가지로, 단, 도전성 보조제 1로서 BEDT-TTF를 사용해서 메모리 회로를 구성했다.In the same manner as in Example 133, however, a memory circuit was constructed using BEDT-TTF as the conductive
비교예 6Comparative Example 6
실시예 101과 마찬가지로 메모리 회로를 구성했다. 단, 도전성 보조제의 용액에 대한 함침은 행하지 않았다. 본 메모리 회로는 메모리 효과를 발현하지 않았다.A memory circuit was constructed in the same manner as in Example 101. [ However, impregnation of the solution of the conductive auxiliary agent was not performed. This memory circuit did not exhibit the memory effect.
비교예 7Comparative Example 7
실시예 101과 마찬가지로 메모리 회로를 구성했다. 단, 활성 금속은 사용하지 않고, 양 전극 모두 플라티나를 사용했다. 본 메모리 회로는 메모리 효과를 발현하지 않았다.A memory circuit was constructed in the same manner as in Example 101. [ However, no active metal was used and platinum was used for both electrodes. This memory circuit did not exhibit the memory effect.
비교예 8Comparative Example 8
표 7에 기재된 문헌에 따라, 재료를 조제하고, 실시예 101과 마찬가지로 메모리 회로를 구성했다. 즉, 금속 이온에 Bi(15족)를 사용했다. 본 메모리 회로는 메모리 효과를 발현하지 못하였다.A memory circuit was constructed in the same manner as in Example 101 by preparing a material according to the document described in Table 7. [ That is, Bi (group 15) was used as the metal ion. This memory circuit did not exhibit the memory effect.
본 발명은, 다공성 고분자 금속 착체에, 도전성 보조제를 첨가해서 얻어지는 신규 다공성 고분자 금속 착체 도전체와, 2종류의 전극 금속으로 구성되는 미소 스위치를 제공할 수 있다. 본 발명의 다공 고분자 금속 착체 도전체와 2종의 금속으로 형성되는 미소 스위치는, 메모리로서 이용하는 것이 가능하다. 또한 본 발명은 랜덤 액세스 메모리, 스토리지 클래스 메모리 및 그것을 활용한 집적 회로(메모리 칩, LSI), 기억 장치(SSD, SD 카드, USB 메모리 등), 학습 기능을 갖춘 메모리 회로, FPGA(Field Programmable Gate Array)용 회로 전환 스위치, 그 외 장치(센서)로서 이용하는 것이 가능하다.The present invention can provide a novel porous polymer metal complex conductor obtained by adding a conductive auxiliary agent to a porous polymer metal complex and a microswitch composed of two kinds of electrode metals. The porous polymer metal complex conductor of the present invention and the microswitch formed of two kinds of metals can be used as a memory. The present invention can also be applied to a random access memory, a storage class memory and an integrated circuit (memory chip, LSI), a storage device (SSD, SD card, USB memory, etc.) ) Circuit switching switches, and other devices (sensors).
Claims (21)
상기 다공성 고분자 금속 착체 도전체가, 하기 식 (1)로 표시되고,
상기 제1 전극을 구성하는 금속과 상기 제2 전극을 구성하는 금속은, 산화 환원 전위가 다른 것을 특징으로 하는 미소 스위치.
[MLx]n(D)y (1)
여기서, M은 원소 주기율표의 2 내지 13족에서 선택되는 금속 이온을 나타내고, L은 상기 M에 배위할 수 있는 관능기를 2개 이상 그 구조 내에 함유하여 2개의 상기 M과 가교할 수 있는 배위자를 나타내고, D는 금속 원소를 포함하지 않는 도전성 보조제를 나타낸다. x는 0.5 내지 4이고, y는 x 하나에 대하여 0.0001 내지 20이다. n은 [MLx]로 이루어지는 구성 단위의 반복수를 나타내고, n은 5 이상이다.A first electrode, a second electrode, and a porous polymer metal complex conductor,
Wherein the porous polymer metal complex conductor is represented by the following formula (1)
Wherein the metal constituting the first electrode and the metal constituting the second electrode have different redox potentials.
[MLx]n(D)y (One)
Wherein M represents a metal ion selected from Groups 2 to 13 of the Periodic Table of the Elements and L represents a ligand capable of forming two or more functional groups capable of coordinating to M and capable of crosslinking with two of M , And D represents a conductive auxiliary agent not containing a metal element. x is from 0.5 to 4, and y is from 0.0001 to 20 per x. n is [MLx], And n is 5 or more.
상기 L이 치환, 비치환된 테레프탈산, 이소프탈산, 2.6-나프탈렌디카르복실산, 2.7-나프탈렌디카르복실산, 4.4'-비페닐디카르복실산, 트리메스산, 치환, 비치환된 4,4'-비피리딘, 1,4-(4-피리딜)벤젠 및 치환, 비치환된 이미다졸로 이루어지는 군에서 선택되는, 미소 스위치.10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein M is at least one element selected from the group consisting of magnesium, aluminum, calcium, scandium, manganese, iron, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, zirconium ruthenium, rhodium, Palladium, silver, cadmium, indium and rhenium,
Wherein L is a substituted or unsubstituted terephthalic acid, isophthalic acid, 2,6-naphthalene dicarboxylic acid, 2.7-naphthalene dicarboxylic acid, 4.4'-biphenyldicarboxylic acid, 4'-bipyridine, 1,4- (4-pyridyl) benzene, and substituted or unsubstituted imidazole.
상기 제2 전극을 구성하는 상기 금속이, Cu, Ag, Zn, Co, Mn 및 Al로 이루어지는 군에서 선택되는 금속인, 미소 스위치.17. The method according to any one of claims 1 to 16, wherein the metal constituting the first electrode is a metal selected from the group consisting of Au, Pt, W, Ru, In, Rh,
Wherein the metal constituting the second electrode is a metal selected from the group consisting of Cu, Ag, Zn, Co, Mn and Al.
상기 다공성 고분자 금속 착체를 제1 및 제2 전극에 접촉시키는 공정과,
상기 제1 및 제2 전극에 접촉시킨 상기 다공성 고분자 금속 착체와, 도전성 보조제를 혼합하여, 다공성 고분자 금속 착체 도전체를 형성하는 공정
을 포함하는, CB-RAM용 미소 스위치의 제조 방법이며,
상기 금속 이온은, 주기율표의 2 내지 13족에서 선택되고,
상기 배위자는, 상기 금속 이온에 배위할 수 있는 관능기를 2개 이상 그 구조 내에 함유하여 2개의 상기 금속 이온과 가교할 수 있는 것이고,
상기 도전성 보조제는, 금속 원소를 포함하지 않는 물질이고,
상기 제1 전극을 구성하는 금속과 상기 제2 전극을 구성하는 금속 사이에서 산화 환원 전위가 다른 것을 특징으로 하는 CB-RAM용 미소 스위치의 제조 방법.A step of mixing a metal ion and a ligand to form a porous polymer metal complex,
Contacting the porous polymeric metal complex with the first and second electrodes,
A step of mixing the porous polymer metal complex brought into contact with the first and second electrodes and a conductive auxiliary agent to form a porous polymer metal complex conductor
A method of manufacturing a micro switch for a CB-RAM,
The metal ion is selected from Groups 2 to 13 of the periodic table,
The ligand is capable of containing two or more functional groups capable of coordinating with the metal ion within the structure and capable of crosslinking with two of the metal ions,
The conductive auxiliary agent is a material not containing a metal element,
Wherein the redox potential is different between a metal constituting the first electrode and a metal constituting the second electrode.
상기 다공성 고분자 금속 착체 도전체를 제1 및 제2 전극에 접촉시키는 공정
을 포함하는, 미소 스위치의 제조 방법이며,
상기 금속 이온은, 주기율표의 2 내지 13족에서 선택되고,
상기 배위자는, 상기 금속 이온에 배위할 수 있는 관능기를 2개 이상 그 구조 내에 함유하여 2개의 상기 금속 이온과 가교할 수 있는 것이고,
상기 도전성 보조제는, 금속 원소를 포함하지 않는 물질이고,
상기 제1 전극을 구성하는 금속과 상기 제2 전극을 구성하는 금속 사이에서 산화 환원 전위가 다른 것을 특징으로 하는 미소 스위치의 제조 방법.A step of mixing a metal ion, a ligand, and a conductive auxiliary agent to form a porous polymer metal complex conductor,
A step of bringing the porous polymer metal complex conductor into contact with the first and second electrodes
And a second step of forming a micro switch,
The metal ion is selected from Groups 2 to 13 of the periodic table,
The ligand is capable of containing two or more functional groups capable of coordinating with the metal ion within the structure and capable of crosslinking with two of the metal ions,
The conductive auxiliary agent is a material not containing a metal element,
Wherein a redox potential is different between a metal constituting the first electrode and a metal constituting the second electrode.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2016-010865 | 2016-01-22 | ||
| JP2016010865 | 2016-01-22 | ||
| JP2016010864 | 2016-01-22 | ||
| JPJP-P-2016-010864 | 2016-01-22 | ||
| PCT/JP2017/001949 WO2017126664A1 (en) | 2016-01-22 | 2017-01-20 | Microswitch and electronic device in which same is used |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180098603A true KR20180098603A (en) | 2018-09-04 |
| KR102191263B1 KR102191263B1 (en) | 2020-12-15 |
Family
ID=59362008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020187021299A Active KR102191263B1 (en) | 2016-01-22 | 2017-01-20 | Micro switch and electronic device using the same |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11127898B2 (en) |
| JP (1) | JP6653905B2 (en) |
| KR (1) | KR102191263B1 (en) |
| CN (1) | CN108496251B (en) |
| WO (1) | WO2017126664A1 (en) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6631986B1 (en) * | 2018-06-12 | 2020-01-15 | 国立大学法人鳥取大学 | Conductive bridge type memory device, method of manufacturing the same, and switch element |
| JP7359793B2 (en) * | 2020-04-21 | 2023-10-11 | トヨタ自動車株式会社 | Field effect transistor, gas sensor, and manufacturing method thereof |
| CN112225914B (en) * | 2020-10-14 | 2022-03-08 | 江苏科技大学 | CuTCNQ @ CuBTC core-shell material and preparation method thereof |
| CN113555500B (en) * | 2021-06-25 | 2023-10-27 | 深圳大学 | Resistive random access memory and preparation method thereof |
| US12356877B2 (en) * | 2021-07-01 | 2025-07-08 | Brookhaven Science Associates, Llc | Metal-oxide infiltrated organic-inorganic hybrid resistive random-access memory device |
| JP2023081627A (en) | 2021-12-01 | 2023-06-13 | キオクシア株式会社 | organic molecular memory |
| CN117332826A (en) * | 2022-06-25 | 2024-01-02 | 复旦大学 | A self-assembled avalanche response device and its preparation and application |
| CN116390607B (en) * | 2023-03-17 | 2023-10-20 | 天津大学 | A method to improve the photoelectric performance of transistors |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4834048B1 (en) | 1969-04-21 | 1973-10-18 | ||
| KR20060100581A (en) * | 2005-03-17 | 2006-09-21 | 삼성전자주식회사 | Nonvolatile Nano Channel Memory Device Using Organic-Inorganic Composite Porous Materials |
| JP2010058034A (en) * | 2008-09-03 | 2010-03-18 | Nippon Steel Corp | Characteristic-varying type switching material and switching method using the same |
| WO2013161452A1 (en) | 2012-04-23 | 2013-10-31 | 国立大学法人京都大学 | Porous coordination polymer-ionic liquid composite |
| JP2015046548A (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-12 | 国立大学法人鳥取大学 | Conductive bridge memory device and method of manufacturing the same |
| US20150221865A1 (en) * | 2012-08-20 | 2015-08-06 | Nec Corporation | Variable resistance element and method for producing variable resistance element |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006261667A (en) * | 2005-03-14 | 2006-09-28 | Asml Netherlands Bv | Lithography equipment and device, namely, integrated circuit, manufacturing method of flat panel display, and compensation method of cupping |
| JP5083762B2 (en) * | 2007-10-12 | 2012-11-28 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | Porous metal complex, method for producing the same, and gas storage material containing porous metal complex |
| US7772668B2 (en) * | 2007-12-26 | 2010-08-10 | Fairchild Semiconductor Corporation | Shielded gate trench FET with multiple channels |
| JP5123088B2 (en) * | 2008-07-10 | 2013-01-16 | 国立大学法人 東京大学 | Polymer complexes with guest ion conduction properties |
| JP2011171551A (en) * | 2010-02-19 | 2011-09-01 | Toyota Motor Corp | Method of manufacturing semiconductor device |
| JP5572029B2 (en) * | 2010-08-03 | 2014-08-13 | 富士フイルム株式会社 | Metal complex dye, photoelectric conversion element and photoelectrochemical cell |
| CN102174678B (en) * | 2011-03-30 | 2013-01-16 | 山东大学 | Nano porous metal/conducting polymer composite material and preparation method thereof |
| CN103889889A (en) * | 2011-12-28 | 2014-06-25 | 株式会社村田制作所 | Method for manufacturing functional material, and electronic component |
| EP2870644A2 (en) * | 2012-07-09 | 2015-05-13 | Yeda Research and Development Co. Ltd. | Logic circuits with plug and play solid-state molecular chips |
| EP2796488A4 (en) * | 2012-08-01 | 2014-11-26 | Nat Inst For Materials Science | POLYMERIC FILM WITH HIGH PROTONIC CONDUCTIVITY, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND MOISTURE SENSOR |
| JP6128020B2 (en) * | 2013-04-10 | 2017-05-17 | ソニー株式会社 | Electronic device, solid-state imaging device, and electrode forming method in electronic device |
| JP6089007B2 (en) * | 2013-07-31 | 2017-03-01 | 富士フイルム株式会社 | Photoelectric conversion element, method for producing photoelectric conversion element, and solar cell |
| US10036730B2 (en) * | 2014-01-09 | 2018-07-31 | Matrix Sensors, Inc. | Array of resonant sensors utilizing porous receptor materials with varying pore sizes |
| JP2016062997A (en) * | 2014-09-16 | 2016-04-25 | ソニー株式会社 | Image pickup device, solid state image pickup device and electronic device |
| WO2017029877A1 (en) * | 2015-08-19 | 2017-02-23 | ソニー株式会社 | Insulating material, electronic device and imaging device |
| WO2017047374A1 (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | 株式会社日立製作所 | Ion-selective electrode, method of manufacture thereof, and cartridge |
| JP2017168806A (en) * | 2015-12-21 | 2017-09-21 | ソニー株式会社 | Imaging device, solid-state imaging apparatus, and electronic device |
| US10793683B2 (en) * | 2016-07-27 | 2020-10-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Block co-poly(metal organic nanostructures) (BCPMONs) and uses thereof |
| JP2018074077A (en) * | 2016-11-02 | 2018-05-10 | ソニー株式会社 | Image pick-up device, solid state imaging apparatus, and electronic device |
| JP6897141B2 (en) * | 2017-02-15 | 2021-06-30 | 株式会社デンソー | Semiconductor devices and their manufacturing methods |
| US11124529B2 (en) * | 2019-07-03 | 2021-09-21 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Europium based metal organic framework for palladium sensing |
-
2017
- 2017-01-20 US US16/071,296 patent/US11127898B2/en active Active
- 2017-01-20 CN CN201780007514.1A patent/CN108496251B/en active Active
- 2017-01-20 KR KR1020187021299A patent/KR102191263B1/en active Active
- 2017-01-20 WO PCT/JP2017/001949 patent/WO2017126664A1/en not_active Ceased
- 2017-01-20 JP JP2017562925A patent/JP6653905B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4834048B1 (en) | 1969-04-21 | 1973-10-18 | ||
| KR20060100581A (en) * | 2005-03-17 | 2006-09-21 | 삼성전자주식회사 | Nonvolatile Nano Channel Memory Device Using Organic-Inorganic Composite Porous Materials |
| JP2010058034A (en) * | 2008-09-03 | 2010-03-18 | Nippon Steel Corp | Characteristic-varying type switching material and switching method using the same |
| WO2013161452A1 (en) | 2012-04-23 | 2013-10-31 | 国立大学法人京都大学 | Porous coordination polymer-ionic liquid composite |
| US20150221865A1 (en) * | 2012-08-20 | 2015-08-06 | Nec Corporation | Variable resistance element and method for producing variable resistance element |
| JP2015046548A (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-12 | 国立大学法人鳥取大学 | Conductive bridge memory device and method of manufacturing the same |
Non-Patent Citations (18)
| Title |
|---|
| Allendorf 외, Science (2014) 343, 66 |
| Dunbar 외, Angew. Chem. Int. Ed. Eng. (2011) 6543 |
| Janiak 외 Dalton trans. (2003) 2781 |
| Kepert, C, J 외 Chem. Commun. (2006) 695 |
| Li 외, Adv. Funct. Mater. (2015) 2677 |
| Long 외, J. Am. Chem. Soc. (2011) 14522 |
| Rogers 외, Chem. Commun. (2006) 4767 |
| Rosseinsky 외, Microporous and mesoporous Mater. 73, (2004), 15 |
| S.Hasegawa, K.Kinoshita, S.Tsuruta, S.Kishida, ECS Trans. 2013, 50, 61. |
| Veciana/maspoc 외, Chem. Soc. Rev. (2007) 36, 770 |
| Volkmer 외, Adv. Funct. Mater. (2014) 3885 |
| Yaghi 외, Science (2008) 939 |
| 사카타 외, Science 2013, 339, 193-196. |
| 카네코 외, J. Am. Chem. Soc. (2010) 2112 |
| 키타가와 스스무, 집적형 금속 착체, 고단샤 사이언티픽, 2001년 214-218페이지 |
| 키타가와 외, Inorg. Chem. (2011) 172 |
| 키타가와 외, J. Am. Chem. Soc. (2006) 16416 |
| 키타가와 외, J. Am. Chem. Soc. (2007) 10990 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6653905B2 (en) | 2020-02-26 |
| WO2017126664A1 (en) | 2017-07-27 |
| KR102191263B1 (en) | 2020-12-15 |
| JPWO2017126664A1 (en) | 2018-12-27 |
| CN108496251A (en) | 2018-09-04 |
| US20210202836A1 (en) | 2021-07-01 |
| CN108496251B (en) | 2022-08-12 |
| US11127898B2 (en) | 2021-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6653905B2 (en) | Microswitch and electronic device using the same | |
| Allendorf et al. | Electronic devices using open framework materials | |
| Guo et al. | Lowering band gap of an electroactive metal–organic framework via complementary guest intercalation | |
| Yao et al. | Simultaneous implementation of resistive switching and rectifying effects in a metal-organic framework with switched hydrogen bond pathway | |
| Cao et al. | Enhanced switching ratio and long-term stability of flexible RRAM by anchoring polyvinylammonium on perovskite grains | |
| Stassen et al. | An updated roadmap for the integration of metal–organic frameworks with electronic devices and chemical sensors | |
| Hendon et al. | Conductive metal–organic frameworks and networks: fact or fantasy? | |
| Parashar et al. | Metal‐organic frameworks in semiconductor devices | |
| Chakraborty et al. | Rational design: a high-throughput computational screening and experimental validation methodology for lead-free and emergent hybrid perovskites | |
| Rahman et al. | Grain boundary defect passivation of triple cation mixed halide perovskite with hydrazine-based aromatic iodide for efficiency improvement | |
| Chen et al. | Molecular nonvolatile memory based on [α-GeW12O40] 4–/metalloviologen hybrids can work at high temperature monitored by chromism | |
| Bryce et al. | Electrically conductive Langmuir–Blodgett films of charge-transfer materials | |
| Neumann et al. | Superexchange charge transport in loaded metal organic frameworks | |
| Park et al. | Zeolitic-imidazole framework thin film-based flexible resistive switching memory | |
| Han et al. | Lead-free hybrid material with an exceptional dielectric phase transition induced by a chair-to-boat conformation change of the organic cation | |
| KR102676625B1 (en) | Photoelectrochemical device including perovskite-based spin control layer and manufacturing method thereof | |
| Mishra et al. | Molecular memory switching device based on a tetranuclear organotin sulfide cage [(RSnIV) 4 (μ-S) 6]· 2CHCl3· 4H2O (R= 2-(Phenylazo) phenyl): synthesis, structure, DFT studies, and memristive behavior | |
| Chakraborty et al. | Platinum (II)-based metallo-supramolecular polymer with controlled unidirectional dipoles for tunable rectification | |
| Lv et al. | Nonvolatile bipolar resistive switching behavior in the perovskite-like (CH3NH3) 2FeCl4 | |
| Park et al. | Proton-electron coupling and mixed conductivity in a hydrogen-bonded coordination polymer | |
| Birara et al. | WORM type memory device based on ionic organotin complex using 1, 5-diphenyl-3-(2-pyridyl) formazan ligand | |
| US20100171114A1 (en) | Method of forming a crossed wire molecular device including a self-assembled molecular layer | |
| JP2008091930A (en) | Organic memory device and method for forming the same | |
| Zhao et al. | Host-guest synergy of CH3NH3PbBr3@ Ln-MOFs enabling tunable green luminescence and switchable memory | |
| Kim et al. | Structural investigation of chemiresistive sensing mechanism in redox-active porous coordination network |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| PA0105 | International application |
St.27 status event code: A-0-1-A10-A15-nap-PA0105 |
|
| PA0201 | Request for examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201 |
|
| PG1501 | Laying open of application |
St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501 |
|
| D13-X000 | Search requested |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| D14-X000 | Search report completed |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000 |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701 |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
St.27 status event code: A-2-2-U10-U12-oth-PR1002 Fee payment year number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |
St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601 |
|
| P22-X000 | Classification modified |
St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000 |
|
| P22-X000 | Classification modified |
St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 6 |
|
| U11 | Full renewal or maintenance fee paid |
Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-4-4-U10-U11-OTH-PR1001 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE) Year of fee payment: 6 |








